反向加载时X70钢的力学性能

分析国产X70管线钢板承受正向和反向加载时的力学性能，对加载曲线及其包申格效应进行研究，根据测试结果，给出X70钢材在不同预变形下的应力-应变关系式以及力学参数；通过数据处理，得到反向加载时屈服强度降幅△σ0.5随预塑性应变εpp变化的经验公式。     

B+M/A复相组织X80大变形管线钢的预应变脆化

采用热模拟试验机对X80管线钢进行了在线加热配分(HOP)处理,随后对HOP处理后的管线钢(HOP钢)进行了不同应变量下的预拉伸变形,研究了预拉伸应变量对该钢显微组织和力学性能的影响,分析了其预应变脆化现象。结果表明:HOP钢的显微组织由贝氏体+马氏体/奥氏体(B+M/A)组成,当预应变量为4%时,贝氏体形成了明显的胞状亚结构且较大预应变量下的胞状亚结构数量较多、尺寸较小;随着预应变量的增加,HOP钢的拉伸强度和硬度基本呈增大的变化趋势,而塑性呈减小的变化趋势,该钢发生了明显的脆化。     

弯曲板中的包申格效应及制管工艺对管体屈服强度的影响

采用X65钢板在四点弯曲载条件下,模拟输油管制管过程中不同应变量下的应力－应变过程,研究包申格效应对输油管管体屈服强度的影响,发现随预压缩变形增大,包申格效应严重,但预压缩变形达－13500με时,包申格效应达到饱和。制管过程中的包申格效应及制管过程中引入的高弹复应力,使螺旋焊管及直缝焊管管体屈服强度明显低于板卷屈服强度。水压试验可提高管体微量屈服强度σt0.1,σt0.2等,但对API标准所规定的σt0.5作用不大,因而在设计和制造输油管时,所选板卷屈服强度必须留有足够余量。     

金属薄板包辛格效应的试验研究

针对薄板包辛格效应力学参数难于测量的问题，在试验中设计并加工了一套夹具来避免材料反向加载时的弯曲变形。通过薄板拉伸压缩循环加载试验，获取了材料在不同预应变下的包辛格效应曲线，计算了包辛格效应的力学参数,分析了试验中出现的反向流变曲线圆化、反向屈服应力减小、永久软化等现象。     

应变时效对大口径X80管线钢拉伸性能的影响

将大口径X80管线钢试样拉伸至应变为0.5%~3.5%,卸载后分别进行室温及200,230,250℃时效处理,研究了拉伸预应变和时效温度对试验钢拉伸性能的影响;采用直缝埋弧焊在制管扩径率为0.5%~0.8%下对试验钢进行制管,研究了制管扩径率对试验钢拉伸性能的影响。结果表明:进行一定应变预拉伸+时效处理或制管扩径后,试验钢发生应变时效,其屈服强度增大,抗拉强度变化较小,屈强比增大;制管扩径率对屈服强度增量和屈强比增量的影响比拉伸预应变的更大;室温应变时效后,拉伸预应变是影响屈服强度和屈强比提高的主要因素;200~250℃应变时效对试验钢拉伸性能的影响比室温应变时效的大,200~250℃时效温度的变化对拉伸性能影响不大。     

国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10（S30408）拉伸试验研究

对国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10进行室温单向拉伸试验,研究了预应变量和变形速度等对材料强度、韧性等力学性能的影响。试验结果表明,不同预应变量及不同变形速度对材料的力学性能均有不同程度的影响。预应变处理能提高材料的屈服强度和抗拉强度,但同时会降低其塑性;提高拉伸速度能提高材料的屈服强度、降低抗拉强度、提高屈强比且能明显降低试样的断裂伸长率。     

X70管线钢残余塑性应变的背散射电子衍射表征方法研究

为了研究高钢级油气管线环焊缝脆性开裂失效与微小残余塑性应变之间的关系问题，采用背散射电子衍射对不同应变下的X70管线钢进行了表征研究。通过四点弯曲试验和拉伸试验制备带有残余塑性应变的样品，表征了衍射带对比度、核平均取向差与应变的关系。结果表明：X70钢，对于10%以内的塑性变形，金相和硬度等工程手段无法识别；在X70钢管四点弯曲的梯度塑性应变预制样品和系列拉伸样品中，材料EBSD衍射带对比度与微小塑性变形相关性较差，而核平均取向差与±2%以上的塑性变形有较好正相关性，有望用于实际管线残余塑性变形的定性或半定量评估。     

X80管线钢焊接接头的硫化氢应力腐蚀试验研究

采用X80管线钢焊接接头制作楔形张开加载（WOL）试样，在硫化氢介质中进行恒位移应力腐蚀试验，分别测得母材、焊缝和热影响区的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率da／dt。试验结果表明，热影响区的‰最小，裂纹扩展速率最大，具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力，是应力腐蚀开裂的薄弱环节。且通过对X80管线钢焊接接头的显微组织观察和基本力学性能研究，对影响X80钢应力腐蚀影响因素提供了试验依据，并对试验结果予以验证。     

高温变形对X70管线钢组织与性能的影响

采用热模拟技术模拟了X70管线钢感应加热弯管的制造过程,研究了不同变形加热温度、应变量和变形后冷却速率对X70管线钢组织与性能的影响。结果表明:高温变形可使X70管线钢的强韧性获得提高;变形加热温度小于1 050℃时可使X70钢获得较好的韧性;变形后冷却速率的增加使X70钢的韧性增加。     

预应变对管线钢低温断裂韧度影响研究

油气管线无论是在安装还是在服役过程中,都会不可避免地产生大塑性应变(即预应变).为了研究预应变对材料力学性能和断裂韧度的影响,对X80管线钢原材料和塑性变形材料分别进行不同温度下的拉伸试验和断裂韧度试验,并对试样断口形貌进行分析.试验结果表明,温度对管线钢的断裂韧度具有显著作用,钢材的断裂韧度随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉伸预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压缩预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧度,进一步增加脆性断裂发生的概率.因此,在管道设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对管线钢断裂行为的影响.     

包申格效应对板料与成品管屈服强度与屈强比的影响

探讨微合金化高强度控轧钢板在制管过程中由于塑性弯曲变形所引起的包申格效应，以及这种效应对屈服强度和屈强比的影响。试验发现包申格效应导致屈服强度降低，应变硬化指数明显分为两个阶段。板与管相比，屈强比无明显改变。这些结果对管道建设业主和制板钢厂均有参考价值。     

UOE成形中X60管线钢板的力学性能反推模型

针对大直径直缝埋弧焊管线钢管在UOE成形及之后的试样压平过程中板料力学性能的变化问题,为实现从钢管力学性能确定毛坯钢板力学性能的反向计算,以X60管线钢为例,应用有限元数值模拟方法分析了不同规格钢管在UOE成形过程中重要特征部位的弯曲变形,采用4点弯曲方法制作了具有相同等效应变的弯曲试件,依据API标准关于管体试样力学性能压平试验方法,分析了X60管线钢在弯曲及压平变形后的力学性能变化规律,给出了等效应变在0.0104～0.0586区间的X60管线钢的屈服强度反向计算近似方法。     

内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置，对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测，直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现，内压直管在一定循环弯曲载荷作用下，将首先沿环向产生棘轮应变，随着载荷的增加，轴向也将产生棘轮应变，但较环向小。随着棘轮应变的产生，直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件，还是同一试件的多载荷步实验，均发现相同内压下，循环弯曲载荷增大，棘轮应变速率增大；相同循环弯曲载荷下，内压增大，棘轮应变速率增大。多载荷步加载时，以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率，尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后，这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置，确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。     

Effect of loading pattern on longitudinal bowing in flexible roll forming

The flexible roll forming process can be used to fabricate products with a variable cross-section profile in the longitudinal direction. Transversal nonuniformity of the longitudinal strain is one of the fundamental characteristics of blank deformation in flexible roll forming. Longitudinal bowing is a shape defect caused by transversal nonuniformity of the longitudinal strain. In this study, loading patterns in flexible roll forming are investigated in order to reduce the longitudinal bowing in a roll-formed blank. To analyze the effects of loading patterns on longitudinal bowing, two different forming schedules are implemented. In schedule 1, loading patterns with different bending angle increments are designed under fixed initial and final bending angles. In schedule 2, loading patterns with different initial bending angles under the fixed final bending angle are designed. Our results show that the bowing heights are significantly affected by the loading patterns. The bowing susceptibilities vary with blank shape such as trapezoid, convex, and concave shapes. In addition to the peak longitudinal strain at the respective roll stands, the cumulative longitudinal strain from the initial to final stands is shown to be a reliable index in predicting the tendency of longitudinal bowing.

     

内压弯管在面内循环弯曲载荷作用下棘轮效应的研究

利用多轴试验机研究了内压及面内循环弯曲载荷作用下低碳钢弯管的棘轮效应。试验研究表明最大棘轮应变发生在顶线位置的环向。对于个别试件,内缘线位置也发现了环向棘轮应变,但所有试件的外缘线位置均未发现棘轮应变。内压不变时棘轮应变速率随面内循环弯曲载荷的增大而增大;面内循环弯曲载荷不变时,棘轮应变速率随内压的增大而增大。通过用户编程,采用Chen—Jiao—Kim随动强化模型,利用弹塑性有限元法对弯管进行了循环塑性分析。与试验结果相比,Chen—Jiao—Kim随动强化模型能给出较好的预测。采用C—TDF提出的等效塑性应变增量控制法确定了结构的棘轮边界。     

材料重复冲击损伤模型与数值计算方法研究

基于连续介质损伤力学,将有效应力概念和应变等效假设应用于Johnson-Cook本构模型中,建立了重复冲击载荷作用下材料力学性能退化的损伤模型,以及考虑材料性能退化对冲击应力应变响应影响的数值计算方法。首先,推导了基于损伤耦合J-C本构模型的应力应变数值计算关系式,并在ABAQUS中进行二次开发,采用两种方法实现了考虑损伤影响的应力应变数值计算。进一步,建立了试件在重复冲击下损伤累积的计算方法,并采用所建方法对含缺口三点弯试件的重复冲击损伤进行了数值计算,研究了缺口根部应力应变及损伤度,并对试件整体损伤规律进行了分析。进一步开展了缺口三点弯试件的重复冲击试验,通过计算结果与试验结果的对比验证了建立的数值计算方法的可行性和适用性。与无损伤耦合模型计算结果相比,损伤耦合模型更能合理反映出缺口根部材料的力学性能退化过程以及损伤累积与冲击响应之间的相互影响。     

X80管线钢氢致断裂断口分析

用光学显微镜和扫描电镜观察了不同充氢电流下恒载荷拉伸试样、慢应变速率拉伸试样的显微组织和断口形貌。结果表明：随氢浓度增加、应力减小或应变速率降低，试样断口逐渐从韧性断口向脆性断口过渡；氢致开裂微裂纹通常在杂质处形成并呈不连续扩展，形成穿晶断裂。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。