油气管道沿途常经悬崖，深沟，湖泊等复杂地形，因此需要大量的弯管。而热煨弯管因其残余应力小，管道圆度好、弯曲角可调范围大等优点，是弯管的首选制造方法，此外，油气管道的服役条件多为潮湿环境，输送介质含 H2S及酸性物质较多，H2S的存在可导致金属材料突发性的硫化物应力开裂和氢致开裂，不仅 造成油、气泄漏，而且还会造成重大的经济损失，人员伤亡、环境污染等。因此， 合理使用抗硫管材对管道系统可靠性及使用寿命具有重大意义。

目前，对于抗硫管材的研究已有不少报道47,不过有关抗硫弯管的研究报道却很少，因此，本研究对采用感应加热技术生产的L245NS 级准406.4 mmx10.31mm抗硫弯管进行了力学性能，氢致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验评价，并结合弯管的微观组织特点分析了HIC裂纹产生的原因，为抗硫弯管的工艺改进及结构设计提供了一定的理论依据。

1、试验材料与试验方法

1.1、试验材料

试验采用国内某钢管厂提供的L245NS级准406.4 mmx10.31 mm弯管，弯曲半径为6D，采用感应加热技术热煨弯制而成，其加工工艺为加热温度890~930 C，推进速度35~45 mm/min.采用工业纯净水进行冷却，冷却后在580~630 C回火空冷。弯管母管的化学成分见表1。

1.2、非金属夹杂物及金相组织分析试验

在弯管管体处取全壁厚纵向试样，在弯管的内，外弧侧管体及母管处取全壁厚横向试样，试样先经粗磨、细磨和抛光。依据ASTM .E45-2005标准在MEF4M金相显微镜上对弯管非金属样，在MEF4M金相显微镜观察金相组织。

1.3、拉伸试验和夏比冲击试验

在母管管体及弯管的内弧侧和外弧侧管体处分别取横向矩形拉伸试样与横向夏比冲击试样。其中，矩形拉伸试样缩减区宽度为38.1 mm,材距测量长度为50mm，按照ASTM A 370- -201(标准的规定，在UH-F50OKNI材料试验机上测试拉伸性能，冲击试样加工成7.5 mmx10 mmx55 m的V形缺口夏比冲击试样，在0 C和-20 C下按照ASTM A370- 2010标准规定，在JB-500冲击试验机上测量夏比冲击功，取3次冲击结果的平均值。

1.4、HIC和SSC试验

分别在母管管体及弯管的内弧侧和外弧侧管体处取纵向试样，按照NACE TM 0284- 2003 标准规定，进行HIC试验。试验采用溶液A (pH=3)，将试样置于密闭容器中，保持常温(25+3)C，常压，通入H2S气体直到饱和，保持96h后，取.出试样，切割观察，根据试样所产生的裂纹数量，长度及宽度评定其裂纹长度率(CLR)，裂纹宽度率(CTR)和裂纹敏感率(CSR)， 将存在裂纹的试样用2%的硝酸酒精溶液浸蚀，在MEF4M金相显微镜下观察裂纹及周围组织形貌。

按照NACETM0177-2005标准A方法对.母管管体及弯管的内，外弧侧管体处纵向试样进行SSC试验。在常温常压下，采用恒载荷试验机对浸泡在H2S饱和溶液(溶液A)中的试样加载.应力加载量为221MPa (90%的最小屈服强度)，720h后停止试验，取出试样观察。

2、试验结果与分析

2.1非金属夹杂物及金相组织

弯管非金属夹杂物的检验结果见表2.检验发现管体主要存在少量的D类球状氧化物夹杂(如图1所示)，并未发现明显的硫化物夹杂。一般来说，夹杂物界面是强的氢陷阱，是裂纹的发源地，夹杂物越多，其氢致开 裂越严重。L245NS弯管内、外弧侧及母管管体金相组织如图2所示。由图可见，母管为均匀的铁素体和珠光体组织(见图2(a))。经感应加热技术热煨制后，弯管内弧侧管体的组织以铁素体和珠光侧管体的组织为铁素体和珠光体组织。比较组织类型和晶粒尺寸发现:内弧侧管体组织不仅增加了贝氏体组织，晶粒尺寸还较大， 平均尺寸达24μm.这是在感应加热弯制过程中，该部位局部温度较高，导致钢中微合金碳、 氮化物的溶解，使得其对奥氏体晶粒“钉扎”作用的减弱或消失，致使晶粒明显粗化。此外，相对母管 及内弧侧组织，弯管外弧侧存在较明显的带状组织

2.2 HIC 试验

对3组(母管、内弧侧、外弧侧)试样进行HIC试验，经过H2S饱和溶液(溶液A) 96h的浸泡，试样表面有氢鼓泡，剖面金相观察HIC裂纹，结果见表3，根据ISO15590-1- -2009 中CLR≤15%，CTR≤5%， CSR≤5%的 规定，L245NS 抗硫弯管HIC试验结果符合标准要求，其中，内弧侧的CLR，CTR和CSR检验值最高，HIC每感性最大。

一般认为，钢中儿种形态的夹杂物中，条带状MnS夹杂是氢的更强陷阱。当存在条带状集，一方面会造成氢积压在夹杂物处形成微裂纹，另一方面又和裂纹尖端材料作用 使尖端金属钝化，从而加速裂纹的扩展。

由弯管非金属夹杂物的检验结果可知，弯管中存在少量的球状氧化物夹杂，未发现明显的硫化物夹杂;而弯管的母管和内、外弧侧管体中夹杂物类型和数量基本相同，但CLR，CTR 和CSR检验值还相对存在--些不同，谢广宇等人研究"表明，在化学成分和夹杂物相同的情况下，决定其抗腐蚀性能的主要是显微组织.HIC裂纹及周围组织如图5所示，由图可见，内弧侧管体试样HIC裂纹周围存在较多贝氏体组织，外弧侧管体试样HIC 裂纹主要产生在带状偏析附近。一般认为组织中的位错会降低管线钢材料中的抗HIC性能。这是由于饱和H2S溶液中大量离子态的氢通过电化学反应，使原子态氢渗入到材料的内部，在钢中缺 陷部位位错、夹杂界面处聚集，形成氢分子， 使钢材内部产生很大的内应力，以致引起界面开裂，形成氢鼓泡。当氢的压力继续增高时 ，在钢内 部发生氢鼓泡的区域，小的鼓泡裂纹趋向于相互连接，形成有阶梯状特征的HIC。

3、结论

（1）经890~930C感应淬火+580~630C回火空冷后，L245NS 级准406.4 mmx10.31 mm弯管强韧性能、HIC试验结果符合ISO 15590-1-2009的要求；在NACETM0177--2005试验环境下，L245NS弯管表现出良好的抗SSC性能。

（2）弯管内、外弧侧管体强度和冲击韧性相对母管均有不同程度的提高。外弧侧的晶粒尺寸最小，表现出最高的冲击韧性。

（3）弯管不同部位在化学成分和夹杂物朴同的情况下，其抗腐蚀性能主要由显微组织决定

（4）贝氏体中的位错会降低材料的抗HIC性能，因此内弧侧HIC裂纹多形成在贝氏体组织周同、可通过合理控制内弧侧管体加热温度和冷却速率减少贝氏体组织，外弧侧管体组织中的带状偏析是氛的强陷阱，可进一步优化弯管热处理工艺，使组织平衡化，减少或消除带状组织，以提高其抗腐蚀的能力。