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油氣管道沿途常經懸崖，深溝，湖泊等復雜地形，因此需要大量的彎管。而熱煨彎管因其殘余應力小，管道圓度好、彎曲角可調范圍大等優(yōu)點，是彎管的首選制造方法，此外，油氣管道的服役條件多為潮濕環(huán)境，輸送介質含 H2S及酸性物質較多，H2S的存在可導致金屬材料突發(fā)性的硫化物應力開裂和氫致開裂，不僅 造成油、氣泄漏，而且還會造成重大的經濟損失，人員傷亡、環(huán)境污染等。因此， 合理使用抗硫管材對管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命具有重大意義。

目前，對于抗硫管材的研究已有不少報道47,不過有關抗硫彎管的研究報道卻很少，因此，本研究對采用感應加熱技術生產的L245NS 級準406.4 mmx10.31mm抗硫彎管進行了力學性能，氫致開裂(HIC)、硫化物應力腐蝕開裂(SSC)試驗評價，并結合彎管的微觀組織特點分析了HIC裂紋產生的原因，為抗硫彎管的工藝改進及結構設計提供了一定的理論依據。

1、試驗材料與試驗方法

1.1、試驗材料

試驗采用國內某鋼管廠提供的L245NS級準406.4 mmx10.31 mm彎管，彎曲半徑為6D，采用感應加熱技術熱煨彎制而成，其加工工藝為加熱溫度890~930 C，推進速度35~45 mm/min.采用工業(yè)純凈水進行冷卻，冷卻后在580~630 C回火空冷。彎管母管的化學成分見表1。

1.2、非金屬夾雜物及金相組織分析試驗

在彎管管體處取全壁厚縱向試樣，在彎管的內，外弧側管體及母管處取全壁厚橫向試樣，試樣先經粗磨、細磨和拋光。依據ASTM .E45-2005標準在MEF4M金相顯微鏡上對彎管非金屬樣，在MEF4M金相顯微鏡觀察金相組織。

1.3、拉伸試驗和夏比沖擊試驗

在母管管體及彎管的內弧側和外弧側管體處分別取橫向矩形拉伸試樣與橫向夏比沖擊試樣。其中，矩形拉伸試樣縮減區(qū)寬度為38.1 mm,材距測量長度為50mm，按照ASTM A 370- -201(標準的規(guī)定，在UH-F50OKNI材料試驗機上測試拉伸性能，沖擊試樣加工成7.5 mmx10 mmx55 m的V形缺口夏比沖擊試樣，在0 C和-20 C下按照ASTM A370- 2010標準規(guī)定，在JB-500沖擊試驗機上測量夏比沖擊功，取3次沖擊結果的平均值。

1.4、HIC和SSC試驗

分別在母管管體及彎管的內弧側和外弧側管體處取縱向試樣，按照NACE TM 0284- 2003 標準規(guī)定，進行HIC試驗。試驗采用溶液A (pH=3)，將試樣置于密閉容器中，保持常溫(25+3)C，常壓，通入H2S氣體直到飽和，保持96h后，取.出試樣，切割觀察，根據試樣所產生的裂紋數(shù)量，長度及寬度評定其裂紋長度率(CLR)，裂紋寬度率(CTR)和裂紋敏感率(CSR)， 將存在裂紋的試樣用2%的硝酸酒精溶液浸蝕，在MEF4M金相顯微鏡下觀察裂紋及周圍組織形貌。

按照NACETM0177-2005標準A方法對.母管管體及彎管的內，外弧側管體處縱向試樣進行SSC試驗。在常溫常壓下，采用恒載荷試驗機對浸泡在H2S飽和溶液(溶液A)中的試樣加載.應力加載量為221MPa (90%的最小屈服強度)，720h后停止試驗，取出試樣觀察。

2、試驗結果與分析

2.1非金屬夾雜物及金相組織

彎管非金屬夾雜物的檢驗結果見表2.檢驗發(fā)現(xiàn)管體主要存在少量的D類球狀氧化物夾雜(如圖1所示)，并未發(fā)現(xiàn)明顯的硫化物夾雜。一般來說，夾雜物界面是強的氫陷阱，是裂紋的發(fā)源地，夾雜物越多，其氫致開 裂越嚴重。L245NS彎管內、外弧側及母管管體金相組織如圖2所示。由圖可見，母管為均勻的鐵素體和珠光體組織(見圖2(a))。經感應加熱技術熱煨制后，彎管內弧側管體的組織以鐵素體和珠光側管體的組織為鐵素體和珠光體組織。比較組織類型和晶粒尺寸發(fā)現(xiàn):內弧側管體組織不僅增加了貝氏體組織，晶粒尺寸還較大， 平均尺寸達24μm.這是在感應加熱彎制過程中，該部位局部溫度較高，導致鋼中微合金碳、 氮化物的溶解，使得其對奧氏體晶?！搬斣弊饔玫臏p弱或消失，致使晶粒明顯粗化。此外，相對母管 及內弧側組織，彎管外弧側存在較明顯的帶狀組織

2.2 HIC 試驗

對3組(母管、內弧側、外弧側)試樣進行HIC試驗，經過H2S飽和溶液(溶液A) 96h的浸泡，試樣表面有氫鼓泡，剖面金相觀察HIC裂紋，結果見表3，根據ISO15590-1- -2009 中CLR≤15%，CTR≤5%， CSR≤5%的 規(guī)定，L245NS 抗硫彎管HIC試驗結果符合標準要求，其中，內弧側的CLR，CTR和CSR檢驗值最高，HIC每感性最大。

一般認為，鋼中兒種形態(tài)的夾雜物中，條帶狀MnS夾雜是氫的更強陷阱。當存在條帶狀集，一方面會造成氫積壓在夾雜物處形成微裂紋，另一方面又和裂紋尖端材料作用 使尖端金屬鈍化，從而加速裂紋的擴展。

由彎管非金屬夾雜物的檢驗結果可知，彎管中存在少量的球狀氧化物夾雜，未發(fā)現(xiàn)明顯的硫化物夾雜;而彎管的母管和內、外弧側管體中夾雜物類型和數(shù)量基本相同，但CLR，CTR 和CSR檢驗值還相對存在--些不同，謝廣宇等人研究"表明，在化學成分和夾雜物相同的情況下，決定其抗腐蝕性能的主要是顯微組織.HIC裂紋及周圍組織如圖5所示，由圖可見，內弧側管體試樣HIC裂紋周圍存在較多貝氏體組織，外弧側管體試樣HIC 裂紋主要產生在帶狀偏析附近。一般認為組織中的位錯會降低管線鋼材料中的抗HIC性能。這是由于飽和H2S溶液中大量離子態(tài)的氫通過電化學反應，使原子態(tài)氫滲入到材料的內部，在鋼中缺 陷部位位錯、夾雜界面處聚集，形成氫分子， 使鋼材內部產生很大的內應力，以致引起界面開裂，形成氫鼓泡。當氫的壓力繼續(xù)增高時 ，在鋼內 部發(fā)生氫鼓泡的區(qū)域，小的鼓泡裂紋趨向于相互連接，形成有階梯狀特征的HIC。

3、結論

（1）經890~930C感應淬火+580~630C回火空冷后，L245NS 級準406.4 mmx10.31 mm彎管強韌性能、HIC試驗結果符合ISO 15590-1-2009的要求；在NACETM0177--2005試驗環(huán)境下，L245NS彎管表現(xiàn)出良好的抗SSC性能。

（2）彎管內、外弧側管體強度和沖擊韌性相對母管均有不同程度的提高。外弧側的晶粒尺寸最小，表現(xiàn)出最高的沖擊韌性。

（3）彎管不同部位在化學成分和夾雜物樸同的情況下，其抗腐蝕性能主要由顯微組織決定

（4）貝氏體中的位錯會降低材料的抗HIC性能，因此內弧側HIC裂紋多形成在貝氏體組織周同、可通過合理控制內弧側管體加熱溫度和冷卻速率減少貝氏體組織，外弧側管體組織中的帶狀偏析是氛的強陷阱，可進一步優(yōu)化彎管熱處理工藝，使組織平衡化，減少或消除帶狀組織，以提高其抗腐蝕的能力。