摘要
本文以X80钢焊接热影响区组织为研究对象，使用Gleeble3500热模拟试验机细分得到不同峰值温度和热输入下的X80管线钢焊接热影响区组织，通过夏比冲击试验、慢应变速率拉伸试验和电化学氢渗透试验研究了X80钢焊接热影响区组织的氢脆性能。通过金相观察、显微硬度测试、扫描电镜断面分析和LAMMPS分子动力学模拟的方法建立起氢脆性能和微观组织间的相互联系。 夏比冲击试验和慢应变速率拉伸试验表明：峰值温度对X80钢焊接热影响区组织的力学性能和氢脆敏感性有显著影响，其中粗晶热影响区(CGHAZ)是氢脆敏感性最高的区域，其次是细晶热影响区(FGHAZ)，母材(BM)具有最低的氢脆敏感性。母材的低氢脆敏感性源于其高密度位错，低氢陷阱密度的细小铁素体结构。随峰值温度上升，M-A组元的增多是氢脆敏感性增大的重要原因。通过分子动力学模拟的方法对多晶模型进行了拉伸，结果表明氢浓度和晶界含量是材料氢脆敏感性的关键因素。氢占据晶界的自由体积使晶界失去弹性会降低材料的拉伸韧性，晶界含量对氢脆敏感性的影响在于晶界含量越高，容易成为氢脆失效点的多节点晶界含量增多，发生氢脆失效的概率也增大。当氢浓度足够高时，管道焊接热影响区的最易氢脆失效区可能由CGHAZ转换为FGHAZ，但就目前管道的运行状况来看CGHAZ仍是最易氢脆失效区。 针对氢脆敏感性最高的CGHAZ，研究了不同热输入下CGHAZ的氢脆敏感性。热输入会改变CGHAZ组织中板条状贝氏体(LB)、粒状贝氏体(GB)和M-A组元的含量比，随着热输入增大，LB的含量减少，GB和M-A的含量增大。低热输入条件下的CGHAZ组织在充氢后表现出较好的冲击性能，而拉伸条件下，当热输入为29.2kJ/cm时试样具有最低的氢脆敏感性。介于氢原子对X80钢CGHAZ的冲击性能影响非常大，而对拉伸性能影响较小，因此推荐实际运行过程中管道应首先考虑管道的冲击性能，推荐热输入为8.5kJ/cm。
NETL