異種金屬焊接接頭是油氣集輸系統(tǒng)的重要組成部分，易發(fā)生環(huán)境敏感開裂導(dǎo)致失效，嚴(yán)重影響油氣運輸安全并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[6~12]。為提高集輸系統(tǒng)的服役安全性和經(jīng)濟(jì)性，需深入研究異種金屬焊接接頭在酸性油氣環(huán)境中的環(huán)境敏感開裂行為及其影響因素與機(jī)理，進(jìn)而提出針對性的解決思路與方法。本文綜述了異種金屬焊接接頭的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)研究進(jìn)展，在分析焊接接頭微觀組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，討論了SSCC的機(jī)理及影響因素，并對異種金屬焊接接頭SSCC的研究提出了展望。

油氣田異種金屬焊接接頭一般分為焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。其中熔合界面、熱影響區(qū)的組織變化對異種金屬焊接接頭的抗SSCC性能有著至關(guān)重要的影響。

異種金屬熔化焊接過程中，熔池的邊界會出現(xiàn)熔合區(qū)，該區(qū)域與母材成分大體相同而與熔池成分相差較大。熔合區(qū)在焊接過程中持續(xù)受到熔池對流、機(jī)械攪拌和熱循環(huán)等多方面影響，加之焊縫與母材之間存在化學(xué)成分的差異，形成了獨特的微觀組織。

宏觀偏析是熔合界面處的常見現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為大范圍內(nèi)微觀組織的不均勻分布[13]。由于金屬間液相線差異，異種金屬焊接接頭熔合界面容易形成部分混合區(qū)(PMZ)[14]。Buntain等[15]研究表明，在X80/Inconel625焊接接頭中，X80母材具有更高的液相線溫度，因此熔化的X80在進(jìn)入熔池后會快速凝固，形成PMZ。通常情況下，流動液體在固體壁上的速度為零，因此PMZ緊鄰熔合界面形成，其形態(tài)一般可分為連續(xù)型和不連續(xù)型，前者表現(xiàn)為平行于熔合界面的條帶，而后者則具有沙灘、半島和島嶼等多種形貌[16]。不同形貌的PMZ在微觀組織上存在差異，如圖1所示。海灘PMZ僅由板條馬氏體構(gòu)成，而半島PMZ則由馬氏體和鐵素體半島共同組成[17]。

化學(xué)成分和溫度梯度是馬氏體組織在熔合界面處形成的原因。Dai等[18]對8630/Inconel625異種金屬焊接接頭研究表明，靠近熔合邊界的8630鋼區(qū)域主要為馬氏體。液相線溫度差的增大加快了熔池冷卻速度，進(jìn)而導(dǎo)致稀釋區(qū)變窄并促進(jìn)馬氏體相變[16]。在X80/Inconel 625、F22/Inconel 625、8630/Inconel 625等焊接接頭的熔合界面還存在馬氏體薄層，其寬度和形態(tài)取決于焊接稀釋率的大小，并受焊后熱處理(PWHT)的影響[19]。Dodge等[20]研究了PWHT對8630/Inconel625焊接接頭熔合界面的影響，表明焊接后熔合邊界處存在的馬氏體薄層經(jīng)過650℃ × 1 h的PWHT后轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。不僅如此，在未經(jīng)PWHT的F22/Inconel 625接頭中同樣觀察到了類似納米級寬度的馬氏體，但經(jīng)650℃ × 10 h的PWHT后演變?yōu)榛鼗鹦螒B(tài)的馬氏體帶；進(jìn)行650℃ × 100 h的PWHT后馬氏體片層幾乎完全消失，取而代之的是碳化物帶。值得一提的是，兩種接頭經(jīng)過650℃ × 100 h的PHWT后都在靠近熔合邊界區(qū)觀察到一個過渡區(qū)域，然后才是碳化物帶。不同PWHT條件下熔合界面的TEM圖像如圖2所示[21]。

在焊接熱輸入作用下，母材發(fā)生明顯組織和性能變化的區(qū)域稱為熱影響區(qū)[22]。首先，熱輸入會驅(qū)使碳遷移，導(dǎo)致緊鄰熔合界面的母材形成脫碳區(qū)，該區(qū)域主要由鐵素體組成。除脫碳區(qū)外，熱影響區(qū)還可細(xì)分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)和臨界區(qū)，這些區(qū)域所受到的熱輸入的影響依次減弱。熱輸入對粗晶區(qū)的寬度和晶粒大小有決定作用。細(xì)晶區(qū)位于臨界區(qū)和粗晶區(qū)之間，折中的位置使其既會受到熱輸入的影響，又承受了較快的冷卻速率，導(dǎo)致晶粒無法在再結(jié)晶階段充分生長，最終形成細(xì)小的晶粒。臨界區(qū)一般與母材相鄰，所受熱輸入的影響最小，其微觀組織、晶界類型和力學(xué)性能等一般與母材接近。

Deng等[23]比較了X80鋼粗晶熱影響區(qū)經(jīng)熱循環(huán)作用后的顯微組織變化，表明板條狀貝氏體經(jīng)950℃熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀鐵素體和粒狀貝氏體，經(jīng)1350℃熱處理后又重新形成。Sadeghian等[24]研究了熱輸入對S32750/X65異種金屬焊接接頭組織結(jié)構(gòu)的影響，表明提高鎢極氬弧焊(GTAW)的熱輸入會導(dǎo)致熱影響區(qū)中鐵素體含量降低，且在低熱輸入條件下熱影響區(qū)由貝氏體和鐵素體構(gòu)成，但在高熱輸入條件下會產(chǎn)生珠光體。Zhao等[25]研究表明，X80鋼經(jīng)焊接熱循環(huán)后，臨界熱影響區(qū)由無序分布的鐵素體組成；細(xì)晶熱影響區(qū)則以多邊形鐵素體和粒狀貝氏體為主；粗晶熱影響區(qū)中則形成了板條貝氏體組織。此外，冷卻速率對熱影響區(qū)的微觀組織也有顯著影響。Li等[26]研究表明，當(dāng)冷卻速率從10℃·s-1提升到20℃·s-1時，X80鋼熱影響區(qū)的組織為粒狀貝氏體、板條狀貝氏體和準(zhǔn)多邊形鐵素體。當(dāng)冷卻速率進(jìn)一步增加到40℃·s-1以上時，熱影響區(qū)組織以粗大的板條貝氏體為主，且具有清晰的原奧氏體晶界。當(dāng)冷卻速率降低到1℃·s-1以下時，可以觀察到少量的珠光體。

此外，焊接工藝也是影響熱影響區(qū)微觀組織的關(guān)鍵因素。本課題組對比了GTAW與冷金屬過渡(CMT)焊接接頭熱影響區(qū)的微觀組織，表明CMT焊接工藝能極大地降低稀釋率，并能減小X80/Inconel 625接頭熱影響區(qū)的寬度[27]。此外，在CMT焊接接頭的堆焊層中幾乎沒有觀察到焊接缺陷，原因是低熱輸入有效限制了母材熔化，降低了熔化母材與熔池不均勻混合的概率。雖然CMT焊接接頭的熔合界面處也存在馬氏體薄層，但在重疊區(qū)的回火作用下，馬氏體層中形成了逆變奧氏體。不難看出，低熱輸入的焊接工藝對熱影響區(qū)微觀組織有積極影響。

PWHT可以將熱影響區(qū)存在的硬脆相回火，從而降低硬度并消除殘余應(yīng)力。本課題組研究了不同PWHT條件下X80/Inconel 625 CMT異種金屬焊接接頭的微觀組織，表明經(jīng)620℃ × 20 h PWHT后非搭接區(qū)域的熱影響區(qū)由板條馬氏體/貝氏體、粗大的鐵素體以及馬奧島轉(zhuǎn)變?yōu)楹?xì)小的鐵素體及少量的殘余奧氏體的組織。高溫下碳的擴(kuò)散導(dǎo)致板條馬氏體/貝氏體溶解，促進(jìn)了鐵素體的形核與長大，而馬奧島中馬氏體分解后保留下殘余奧氏體。搭接區(qū)域的組織由粒狀貝氏體、細(xì)小的鐵素體、少量的珠光體以及彌散分布的馬奧島轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和少量殘余奧氏體。670℃ × 10 h PWHT有助于消除熱影響區(qū)中的硬脆相，搭接區(qū)域主要組織為鐵素體，而非搭接區(qū)域的組織主要由細(xì)小鐵素體和少量馬氏體組成[28]。

此外，在9Ni/Inconel 625焊接接頭中，575℃下的單一PWHT將熱影響區(qū)的硬度從350 ± 9 HV降低到257 ± 7 HV，而通過雙重回火制度(670℃ × 2 h + 600℃ × 2 h)可將硬度降低到246 ± 7 HV[3]。盡管雙重回火的熱影響區(qū)具有較低的硬度和更高的奧氏體體積分?jǐn)?shù)，但與575℃的單一回火相比，該PWHT工藝在提高抗開裂性能方面并沒有很好的效果。

綜上所述，PWHT可以改變熱影響區(qū)的微觀組織結(jié)構(gòu)，但不同的異種金屬焊接接頭所對應(yīng)的最優(yōu)PWHT制度并不相同，需進(jìn)行針對性的研究。

SSCC主要是指金屬在拉應(yīng)力和H2S腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆斷現(xiàn)象，其突發(fā)性高，危險性大。在酸性油氣環(huán)境中，鋼材表面被腐蝕產(chǎn)生氫原子，而H2S環(huán)境中HS-的存在抑制了鋼材表面氫分子的形成，促進(jìn)氫原子擴(kuò)散到鋼材中，而鋼材內(nèi)部的缺陷(位錯或界面)則會捕獲擴(kuò)散的氫原子，當(dāng)缺陷內(nèi)的H含量達(dá)到裂紋萌生閾值時，在應(yīng)力作用下SSCC裂紋就會發(fā)生[29]。SSCC通常被認(rèn)為是氫致開裂的特例，由擴(kuò)散氫主導(dǎo)[30]。因此，NACE MR0175標(biāo)準(zhǔn)中將SSCC定義為，在濕H2S環(huán)境下，由腐蝕和應(yīng)力(外加應(yīng)力/殘余應(yīng)力)共同引起的金屬開裂行為[31]。

最近的研究結(jié)果表明，在低應(yīng)力下僅依靠氫的作用很難引起連續(xù)開裂，腐蝕對異種金屬焊接接頭的SSCC同樣有重要影響。Dai等[18]認(rèn)為異種金屬焊接接頭的SSCC是應(yīng)力腐蝕開裂與氫致開裂的綜合作用。Zhou等[32]研究表明，由于X60管線鋼和Inconel 625合金之間的電偶效應(yīng)加速了與陰極金屬相鄰的金屬陽極的腐蝕，在熔合界面處形成了腐蝕臺階，加劇了界面處的應(yīng)力集中和氫吸附(圖3a)。如圖3b所示，腐蝕進(jìn)一步導(dǎo)致臺階高度增加，在應(yīng)力作用下熔合界面積累大量位錯導(dǎo)致結(jié)合力降低，且裂紋尖端吸收的氫增強(qiáng)了位錯滑移和塑性應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)力足以撕裂弱熔合邊界時，微裂紋成核，在腐蝕作用下沿熔合界面擴(kuò)展導(dǎo)致SSCC形核[33]。但由于位錯堆積，裂紋尖端產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致裂紋鈍化，SSCC裂紋擴(kuò)展停止(圖3c)，此時陽極溶解在重新激活裂紋擴(kuò)展過程起重要作用[34]，其一是因裂紋擴(kuò)展暴露的新鮮金屬缺乏腐蝕產(chǎn)物膜的保護(hù)導(dǎo)致其更易溶解，其二是陽極溶解使得裂紋前沿更加尖銳，重新激活裂紋擴(kuò)展，如圖3d。綜上所述，SSCC最可能的機(jī)制是拉應(yīng)力下氫脆和腐蝕的綜合作用。然而，有學(xué)者提出，強(qiáng)腐蝕作用可能會使裂紋尖端鈍化從而阻礙裂紋生長，抑制SSCC發(fā)展[35]。對于熔合界面而言，強(qiáng)烈的電偶腐蝕作用是否反而會阻礙局部缺陷或微裂紋向宏觀裂紋的發(fā)展還不得而知。此外，腐蝕對SSCC裂紋萌生和擴(kuò)展的影響是否存在差異尚未被完全揭示，未來仍需加強(qiáng)SSCC機(jī)理研究。

CO2與H2S通常共存于酸性油氣環(huán)境中，CO2分壓會影響焊接接頭的抗SSCC性能。Zhou等[32]分別研究了X60/Inconel 625焊接接頭在不同環(huán)境下的SSCC行為，結(jié)果表明焊接接頭的熔合界面在含H2S的溶液中完全斷開，但在只含CO2的環(huán)境未發(fā)生開裂。Jeon等[36]研究了高碳鋼(T95、C-110、Q-125)在含不同比例CO2的H2S環(huán)境中的SSCC行為，結(jié)果表明：當(dāng)CO2的分壓從0提高到20%時，3種鋼的SSCC敏感性都在增強(qiáng)，表現(xiàn)為斷裂延伸率隨著CO2分壓上升而降低。這是因為CO2分壓增加會降低溶液的pH值，提高H原子濃度進(jìn)而加劇氫的滲透作用，從而導(dǎo)致SSCC敏感性增加。但在CO2分壓>20%的情況下，SSCC敏感性反而隨著CO2分壓的升高而降低，因為高CO2分壓促進(jìn)合金表面形成了致密的FeCO3膜，對氫滲透有抑制作用[37]。到目前為止，CO2分壓對SSCC的影響機(jī)制還未完整闡明，還需對此進(jìn)行深入研究。

環(huán)境溫度主要通過影響氫的速率擴(kuò)散而影響SSCC。Haldorsen等[38]研究了F22/Inconel 625焊接接頭在充氫環(huán)境下80和4℃的SSCC行為。4℃下焊接接頭發(fā)生明顯開裂，而80℃下焊接接頭的抗開裂能力顯著提高，這表明SSCC對溫度非常敏感[35]。在80℃下對F22/Inconel 625焊接接頭原位預(yù)充氫48 h后，對其施加陰極保護(hù)的同時分別在80、60、40、20和4℃進(jìn)行拉伸實驗，結(jié)果表明4℃時焊接接頭的韌性最低，但可能受陰極保護(hù)的影響。撤去陰極保護(hù)再進(jìn)行上述實驗步驟后可見，焊接接頭的抗開裂能力顯著提高，并在80℃時韌性達(dá)到最大值。這些結(jié)果表明，高溫下的異種金屬焊接接頭具有更強(qiáng)的抗開裂性能。因此，Dodge等[39]認(rèn)為，低溫下韌性更低更可能是受到氫吸收的影響，F(xiàn)22/Inconel 625焊接接頭更容易在低溫下發(fā)生斷裂。然而，Laureys等[40]認(rèn)為，在低于室溫的溫度下，氫的擴(kuò)散速率太慢，無法在陷阱和關(guān)鍵區(qū)域大量積聚，氫脆發(fā)生的概率減小；而在高溫下，氫的遷移率大大增強(qiáng)，捕獲減少，脫捕更容易。Xing等[41]指出，升高溫度有利于氫移動并增加表面氫濃度，但限制了缺陷附近氫的積累，降低了氫脆發(fā)生的概率。此外，溫度升高還會加速熔合界面的電偶腐蝕，但能否促進(jìn)SSCC還未得到徹底揭示。綜上所述，環(huán)境溫度對異種金屬焊接接頭影響較為復(fù)雜，在未來的工作中還需進(jìn)一步研究溫度對SSCC的影響及機(jī)制。

焊接接頭的熔合界面和熱影響區(qū)是SSCC敏感區(qū)域，其中PMZ、馬氏體、碳化物和貝氏體以及界面類型都對SSCC有重要影響。

馬氏體是一種脆硬相，非常容易發(fā)生氫致開裂。馬氏體中的高密度位錯提供了大量氫捕獲位點，增加馬氏體的補(bǔ)氫能力；氫在馬氏體中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散通量較低，表明氫更容易殘留在馬氏體及其界面，當(dāng)氫濃度達(dá)到臨界值時誘發(fā)裂紋萌生[42]。如前所述，異種金屬焊接接頭熔合界面處會不可避免地形成納米級馬氏體層，具有較高的SSCC敏感性[43]。本課題組研究證實CMT焊制備的X80/Inconel 625焊接接頭的非搭接區(qū)域存在連續(xù)分布于熔合界面的新鮮馬氏體，是誘發(fā)SSCC裂紋萌生和擴(kuò)展的主要原因[19]。針對F22/Inconel 625、8630/Inconel 625等焊接接頭的研究也得到同樣結(jié)果[4]。本課題組研究表明搭接區(qū)的薄馬氏體層在焊接回火作用下部分轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀儕W氏體，逆變奧氏體的氫溶解度更高，有效地緩解了馬氏體界面的氫聚集，降低了熔合界面的SSCC敏感性[44]。

一般來說，包含馬氏體的PMZ對SSCC的敏感性更高[45]。Dodge等[46]對8630/Inconel 625異種焊接接頭分析后認(rèn)為，海灘狀PMZ主要由板條馬氏體構(gòu)成。本課題組研究了PMZ對X80/Inconel 625焊接接頭SSCC的影響，結(jié)果表明海灘PMZ和半島PMZ均會促進(jìn)SSCC萌生[65]。與不含PMZ的熔合區(qū)相比，包含PMZ的熔合區(qū)中的裂紋會優(yōu)先沿著Inconel 625/PMZ界面生長，尺寸較大的PMZ導(dǎo)致局部陽極溶解和氫聚集，PMZ與Inconel 625和X80交界處形成的腐蝕缺陷很容易轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y[47]。不僅如此，海灘PMZ比半島PMZ表現(xiàn)出更高的SSCC敏感性。與海灘PMZ相比，半島結(jié)構(gòu)中更嚴(yán)重的陽極溶解可以加速裂紋萌生，但經(jīng)過普通熔合區(qū)時裂紋尖端會發(fā)生鈍化，阻礙了裂紋擴(kuò)展。上述研究證實了含有PMZ焊接接頭更容易發(fā)生SSCC。

焊接或者PWHT過程中，異種金屬焊接接頭中的Ni、Mn、Ti等合金元素易與C結(jié)合形成碳化物，影響異種金屬焊接接頭的SSCC敏感性。Li等[48]研究了X65/Inconel 625合金焊接接頭的SSCC行為，結(jié)果表明在焊接過程中，C在熔合界面處聚集，生成硬脆碳化物，增加了SSCC敏感性。Fenske等[14]探究了8630/Inconel 625焊接接頭微觀組織與SSCC之間的關(guān)聯(lián)，表明熱處理過程中C在靠近熔合界面的平面生長區(qū)中堆積，并促使大量M7C3型碳化物析出，這些碳化物的存在導(dǎo)致該區(qū)域硬度增加并提供了更多的氫捕獲位點，提高了SSCC裂紋萌生的可能性。

文獻(xiàn)[35]還報道了F22/Inconel 625焊接接頭在未經(jīng)PWHT狀態(tài)下，裂紋沿著熔合邊界擴(kuò)展，但經(jīng)過650℃ ×1 h、650℃ × 10 h、650℃ × 100 h的PWHT后，所有的裂紋都是通過平面生長區(qū)擴(kuò)展，而經(jīng)650℃ × 100 h的PWHT后，平面生長區(qū)中生成的M7C3型碳化物被認(rèn)為是氫脆敏感性升高的原因。然而，Zhao等[49]研究表明碳化物等第二相可以提高熔合界面的抗SSCC能力。彌散分布的碳化物等可以使氫在金屬內(nèi)均勻分布，緩解了氫聚集程度，延長了氫濃度達(dá)到開裂閾值的時間。

氫原子被金屬吸收后，在熱影響區(qū)中，很容易被高硬度的脆性相的邊界捕獲。貝氏體作為“硬相”組織易引發(fā)裂紋的萌生，并促使裂紋沿其邊界擴(kuò)展，對提升SSCC性能極為不利。在鐵素體/退化珠光體(F/DP)、鐵素體/針狀鐵素體(F/AF)和鐵素體/貝氏體(F/B) 3種不同顯微組織的焊接接頭中，氫捕獲效率按DP、BF和AF的順序增加，AF效率最高[50]。盡管貝氏體的氫捕獲效率低于AF，但貝氏體微觀結(jié)構(gòu)的SSCC敏感性比AF更高。此外，貝氏體中滲碳體和鐵素體的界面面積很大，這使其具有更多的氫捕獲位置[51]。以條狀貝氏體為主的焊縫組織對氫原子的捕獲效率高于AF，導(dǎo)致焊縫組織比AF具有更高的抗開裂性能[52]。但Da等[53]認(rèn)為粒狀貝氏體由于捕獲的氫很少而具有較好的抗開裂性能。

綜上所述，不同形態(tài)的貝氏體對氫的捕獲效率有所不同，粒狀貝氏體因其較低的氫捕獲效率而具有更高的抗開裂性能，在未來工作中可以對粒狀貝氏體比例與抗開裂性能之間的關(guān)系進(jìn)一步研究。

異種金屬焊接接頭的SSCC敏感組織區(qū)域主要為熔合界面和熱影響區(qū)，熔合界面為典型的大角度界面，而熱影響區(qū)的大角度界面和小角度界面的比例一般在55%~60%和40%~45%，界面類型對SSCC有重要作用[54]。Arafin等[55]研究了X65管線鋼的應(yīng)力腐蝕開裂，結(jié)果表明大角度界面比小角度界面具有更高的能量，可以為裂紋提供快速擴(kuò)展的路徑，而小角度界面可以提高其抗晶間腐蝕開裂能力。然而，Xu等[56]認(rèn)為，當(dāng)晶粒細(xì)化后，更多的大角度界面在裂紋擴(kuò)展過程中會消耗更多的能量并引起裂紋轉(zhuǎn)向，可以提高X80鋼環(huán)焊縫的抗開裂能力。不僅如此，小角度界面還被認(rèn)為對抗裂性能不利，因為當(dāng)裂紋平行于小角度界面擴(kuò)展時消耗能量較少，阻礙裂紋擴(kuò)展的能力較弱，并且起到連通原奧氏體界面的作用，使得裂紋由穿晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐U(kuò)展[57]。

此外，Type-Ⅱ型界面也被認(rèn)為是大角度界面。Nelson等[58]認(rèn)為Type-Ⅱ型界面是裂紋擴(kuò)展的潛在路徑。而Hou等[59]證實了Type-Ⅱ型界面是裂紋從熱影響區(qū)擴(kuò)展到熔合界面的關(guān)鍵通道，這是因為Type-Ⅱ型界面以隨機(jī)大角度界面為主，具有較弱的抗裂紋擴(kuò)展能力。除此之外，Zhang等[60]認(rèn)為界面平直度也會影響組織的抗開裂性能。高溫奧氏體晶粒長大，界面平直度增加，冷卻后生成了粗大的貝氏體鐵素體，導(dǎo)致大角度界面含量減少，位錯密度也有所降低，對氫的捕獲作用減弱，提高了抗開裂性能。

本課題組研究了X80/Inconel 625熔合界面區(qū)域內(nèi)不同相界面的SSCC敏感性，表明奧氏體-馬氏體相邊界(A-M)比馬氏體-鐵素體相邊界(M-F)更容易發(fā)生開裂[47]。奧氏體和馬氏體均對氫具有較強(qiáng)的限制能力，而鐵素體卻可以為H提供逃逸通道。鐵素體與馬氏體之間界面取向差較小，可以降低氫在相界面處的集中傾向，而奧氏體與馬氏體之間的半共格Курдюмов-Sachs關(guān)系容易導(dǎo)致相界面形成位錯纏結(jié)，加劇氫偏聚。此外，由于馬氏體硬度峰和軟化區(qū)的存在，A-M和M-F相界面兩側(cè)產(chǎn)生了明顯的硬度差。在外加應(yīng)力作用下，由硬度差產(chǎn)生的變形會導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而吸引氫聚集并增強(qiáng)氫脆的效果[61]。此外，De等[62]研究表明鐵素體與馬氏體之間的變形是相容的，而奧氏體卻容易在變形中轉(zhuǎn)變?yōu)樾迈r馬氏體，加劇A-M相界的應(yīng)力集中。因此A-M相界的開裂敏感性高于M-F。

綜上所述，雖然PMZ、馬氏體、碳化物和貝氏體以及界面類型都對SSCC敏感性有影響，但由于形貌、尺寸、補(bǔ)氫能力等差異，各組織的影響程度存在差異。一般來說，含有宏觀PMZ的熔合界面區(qū)域的敏感性最高，隨后是馬氏體/貝氏體組織，而碳化物因類型、尺寸、分布的不同，既可能促進(jìn)SSCC又可能對SSCC起抑制作用，界面等對SSCC的影響也還存在分歧，需進(jìn)一步探討。但值得一提的是上述敏感組織對SSCC的影響一般均是以界面作為“橋梁”。大量研究證實界面的SSCC敏感性高于單相組織。例如Cao等[63]研究表明，界面處具有比基體更低的Volta電位，可能具有更高的氫敏感性。本課題[64]研究表明，在含有PMZ的熔合界面區(qū)域，裂紋優(yōu)先出現(xiàn)在奧氏體(A)-馬氏體(M)-鐵素體(F)的三相交界處，并沿A-M界面擴(kuò)展，而在馬氏體內(nèi)部并未觀察到裂紋，主要原因是，(1)相間氫擴(kuò)散速率的差異導(dǎo)致氫在界面大量堆積；(2)界面處原子鍵結(jié)合能低于單相組織且化學(xué)元素有差異，更容易在氫和腐蝕作用下萌生裂紋；(3)界面處存在元素偏析，易形成第二相成為裂紋萌生位點。

應(yīng)力是發(fā)生SSCC的必要條件。在SSCC產(chǎn)生過程中，應(yīng)力的主要作用是使金屬發(fā)生應(yīng)變，產(chǎn)生滑移，促進(jìn)SSCC裂紋形核、擴(kuò)展直至斷裂。異種金屬焊接接頭存在一定的焊接殘余應(yīng)力，可能對焊接接頭的抗SSCC性能不利。Luo等[65]將焊接殘余應(yīng)力減小后，SSCC敏感性大幅度下降，因此有效地減少殘余應(yīng)力是焊接接頭抗SSCC性能提升的重要措施。

除此之外，外加應(yīng)力對異種金屬焊接接頭的影響更大。Dai等[18]對F22/Inconel 625和8630/Inconel 625異種金屬焊接接頭的外加應(yīng)力進(jìn)行了研究，并分別驗證了在H2S環(huán)境下外加應(yīng)力與SSCC敏感性之間的關(guān)系(圖4)。圖中“f”表示樣品完全斷裂，“c”表示樣品有裂紋萌生但未完全斷裂，“p”表示樣品沒有任何裂紋。該圖表上的虛線用于劃分兩個區(qū)域，上部區(qū)域代表斷裂的樣品，下部區(qū)域代表未斷裂的樣品。由圖可見，異種金屬焊接接頭隨著外加應(yīng)力的增加，未斷裂的樣品越來越少直至沒有，這是由于外加應(yīng)力會促進(jìn)局部氫濃度的增加，從而提高焊接接頭的SSCC敏感性[66]。

綜上所述，殘余應(yīng)力會提高焊接接頭的SSCC敏感性，而外加應(yīng)力會導(dǎo)致異種金屬焊接接頭接頭內(nèi)部位錯濃度與氫濃度上升，同樣使異種金屬焊接接頭的SSCC敏感性增加，最終造成裂紋萌生或加劇裂紋擴(kuò)展。

焊接工藝通過影響焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)對SSCC敏感性有顯著影響。如前所述，在使用CMT焊接的X80/Inconel 625焊接接頭堆焊層中幾乎沒有觀察到類似PMZ的焊接缺陷，降低了SSCC敏感性[19]。Lee等[67]在對A106鋼管使用多種焊接工藝組合焊接并進(jìn)行了SSCC敏感性評估后發(fā)現(xiàn)，單獨使用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊或藥芯焊絲氣體保護(hù)焊+鎢極氬弧焊比單獨使用鎢極氬弧焊或鎢極氬弧焊+藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝焊接的樣品具有更好的SSCC抗性，幾乎沒有發(fā)生斷裂。

合理的PWHT制度能夠均勻化組織，降低焊接過程中的殘余應(yīng)力，提升焊接接頭性能。Dai等[18]評估了不同的PWHT制度對F22/Inconel 625、8630/Inconel 625異種金屬焊接接頭SSCC的影響，結(jié)果表明PWHT可以提高F22/Inconel 625和8630/Inconel 625異種金屬接頭的抗SSCC能力，如圖5所示。從應(yīng)力-應(yīng)變測試結(jié)果來看，F(xiàn)22/Inconel 625異種接頭在未經(jīng)PWHT的條件下，施加0.15%應(yīng)變后斷裂，而經(jīng)過650℃ × 10 h的PWHT之后，抗脆斷能力大幅提升；8630/Inconel 625異種接頭在未經(jīng)PWHT下，施加0.1%應(yīng)變后斷裂，而經(jīng)過670℃ × 10 h的PWHT之后，施加0.15%應(yīng)變后才斷裂。如圖6所示，Dodge等[68]評估了不同PWHT制度對F22/Inconel 625和8630/Inconel 625異種接頭抗氫致開裂性能發(fā)現(xiàn)，PWHT能有效提高兩種焊接接頭的抗氫致開裂能力，但存在一個最佳的PWHT制度。在8630/Inconel 625焊接接頭中，675℃ × 1 h的PWHT表現(xiàn)出最高的裂紋擴(kuò)展阻力，而675℃ × 100 h的性能接近焊接狀態(tài)，675℃ × 10 h PWHT的抗裂性能介于二者之間。在碳含量較低的F22/Inconel 625接頭中，未經(jīng)PWHT的接頭呈現(xiàn)出最小的裂紋擴(kuò)展阻力，而在650℃ × 10 h PWHT條件下表現(xiàn)出最大的裂紋擴(kuò)展阻力，與上述結(jié)果相同的是，650℃ × 100 h PWHT導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展阻力降低至接近未經(jīng)PWHT狀態(tài)[17]。綜上所述，合理的PWHT制度是提升異種金屬焊接接頭抗SSCC能力的關(guān)鍵手段。

不同異種金屬焊接接頭所對應(yīng)的最優(yōu)PHWT制度不同。Bourgeois等[4]研究了多次PWHT對F22/Inconel 625和8630/Inconel 625兩種焊接接頭SSCC行為的影響，表明經(jīng)過650℃ × 10 h + 300℃ × 20 h PWHT后兩種異種接頭的SSCC敏感性都降低了。但經(jīng)過650℃ × 10 h + 500℃ × 20 h PWHT的結(jié)果顯示8630/Inconel 625接頭中的SSCC敏感性增加，而F22/Inconel 625中的敏感性略有降低。

本課題組研究表明，620℃ × 6 h、620℃ × 10 h、620℃ × 20 h、650℃ × 6 h、650℃ × 10 h、650℃ × 20 h、670℃ × 6 h、670℃ × 10 h、670℃ × 20 h等多種PWHT制度中，僅有620℃ × 20 h的PWHT制度才能明顯提升X80/Inconel 625的抗SSCC性能[19]，熱影響區(qū)和熔合界面均未發(fā)生明顯開裂。因為該熱處理條件下既能保證組織回火，又能保證焊接接頭熔合界面兩側(cè)的強(qiáng)度差異不大。同時，微觀組織得到優(yōu)化，非搭接區(qū)的熱影響區(qū)組織主要為鐵素體和少量細(xì)小馬氏體；而搭接區(qū)熱影響區(qū)的組織主要為鐵素體。

SSCC是油氣田異種金屬焊接接頭的常見失效形式之一，主要發(fā)生于熔合界面區(qū)域。焊接方法、PWHT制度導(dǎo)致的微觀組織結(jié)構(gòu)變化對SSCC有顯著影響。同時，在載荷和環(huán)境等外在影響因素方面也取得了一定的研究成果，但仍存在一些問題亟待解決。首先，在SSCC的機(jī)理方面，缺少腐蝕作用的定量研究。其次，在微觀組織結(jié)構(gòu)方面，碳化物、界面等對SSCC的影響還存在分歧，需進(jìn)一步探討。最后，溫度、CO2等因素對SSCC的影響研究較少，各個因素及其交互作用尚不清楚。