X70管线钢在模拟土壤介质中裂纹扩展特性研究

试验研究了X70管线钢在模拟土壤介质 0 5mol/LNa2 CO3 + 1mol/LNaHCO3 溶液中和循环载荷下的裂纹扩展特性和宏观规律。结果表明 ,裂纹扩展主要受裂尖应力强度因子幅的控制。不同的应力比下 ,裂纹扩展呈现明显的门槛值特征 ,随着应力比的升高 ,裂纹扩展的门槛值降低。在碱性碳酸盐溶液 (pH =9 3)中 ,加载频率对裂纹扩展速率没有明显的影响 ;在中性碳酸盐溶液 (pH =7 0 )中 ,裂纹扩展速率随加载频率的降低而升高 ,呈现明显的频率效应。中性碳酸盐溶液中的裂纹扩展速率高于碱性碳酸盐溶液的裂纹扩展速率 ,且随加载频率的降低 ,裂纹扩展速率增大     

X90管线钢母材和焊缝在近中性模拟溶液中不同加载电位下的应力腐蚀行为

X90是继X80和X100管线钢后开发的新一代管线钢,已成为国内外研究的新热点。为了深入了解加载电位对X90管线钢土壤应力腐蚀行为的影响,采用电化学测试和慢应变速率拉伸试验(SSRT)的方法研究了X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在近中性模拟溶液(NS4)中不同加载电位下的应力腐蚀行为,应用扫描电子显微镜(SEM)对其断口形貌进行了观察,分析应力腐蚀行为的机理。研究结果表明:(1)NS4溶液中的X90管线钢直缝焊管母材、焊缝的极化曲线均表现为阳极溶解特征,无活化—钝化现象;(2)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,随着加载电位的负移,用延伸率的损失率和断面收缩率的损失率表示的应力腐蚀敏感性指标先减小后增大,焊缝的应力腐蚀敏感性大于母材的应力腐蚀敏感性;(3)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中的应力腐蚀开裂行为存在以下3种机制——外加电位为EOCP的阳极溶解机制、外加电位为-850 mV的阳极溶解+氢脆机制、外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV的氢脆机制。结论认为,该研究成果可以为X90管线钢的大规模使用提供技术支撑和理论依据。     

X80管线钢电化学充氢后的断裂特性研究

采用3点弯曲试样,研究了X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中,经不同电流密度充氢后的断裂特性。结果表明:X80管线钢在0.5mol/L H2SO4溶液中充氢时,材料中可扩散氢的质量分数随电流密度增大而增加。以小于12.5mA/cm2的电流密度充氢时,X80管线钢的断裂韧性随电流密度的增大而增加,当电流密度大于该值时,材料的断裂韧性随电流密度增加呈下降趋势。断口分析表明:电化学充氢试件断口仍以韧窝为主要特征,但与未充氢试件相比,韧窝的尺寸变小、变浅,且数量增多,韧窝的分布也接近均匀。     

X100管线钢冷裂纹敏感性研究

采用插销试验方法研究了埋弧焊条件下X100管线钢热影响区的冷裂纹敏感性及断口特性.试验结果表明,X100管线钢在不预热条件下对冷裂纹不敏感,临界断裂应力σcr为823.5 MPa,与其抗拉强度Rm (823 MPa)相当,可在不预热条件下焊接.当拘束应力继续增大时,发生时效断裂,断口性质为典型的氢致延迟断裂.X100级...     

湿H2S环境中Q345R(HIC)的氢扩散规律及性能

目的 模拟湿H₂S环境,采用氢渗透技术对Q345R(HIC)、SA516 Gr70N+316L复合钢板及316L在湿H₂S环境下的氢扩散规律及性能进行了研究。方法 采用电化学渗氢技术、拉伸、冲击试验和断口分析等方法,比较了不同pH值环境条件下材料中的原子氢浓度、有效扩散系数、强度、韧性和断口形貌等。结果 随着溶液pH值的降低,Q345R(HIC)中原子氢浓度(C₀)、氢有效扩散系数(D_eff)等均升高,pH值=3时,材料中的C₀可达17 mol/m³,D_eff可达2.22×10^-10 m²/s。大量原子氢的渗入,使材料产生位错钉扎效果,发生了氢致硬化现象,材料内部出现了氢损伤白点特征,316L未发生氢损伤。结论 316L复合层可有效避免扩散氢对基材SA516 Gr70N或Q345R的损伤,对于Q345R(HIC),随着溶液pH值的降低,材料中渗入的原子氢越多,材料性能损伤越大。     

管线钢高pH值应力腐蚀裂纹研究

许多油气管道断裂事故与管道外表面的应力腐蚀开裂(SCC)有关.对高pH值溶液中的16Mn钢和X70管线钢分别进行了电化学测试和拉伸试验,利用动电位极化曲线测试得到了快慢扫描极化曲线(慢扫描速度20 mV/min,快扫描速度1 000 mV/min),根据它们的差值确定了16Mn钢和X70管线钢对高pH值应力腐蚀开裂敏感的电位.结果表明,环境温度对敏感电位的影响较大,随温度的升高,扩大了敏感电位区间.在高pH值应力腐蚀敏感电位(-600 mV SCE)下,恒定加载试样应力到管材屈服极限的70％,试样表面未出现表面开裂;而在间断加载条件下,在颈缩区表面出现了裂纹,说明载荷的波动是高pH值应力腐蚀裂纹萌生的必要条件,且高pH值应力腐蚀开裂易发生在塑性变形和应力集中处.     

X70管线钢的硫化氢应力腐蚀损伤研究

从应力腐蚀损伤的角度出发,采用NACE TM0177-1996标准中的弯曲梁试验法,通过分析X70管线钢试样在饱和H2S溶液中经过不同程度的应力腐蚀所表现出来的冲击性能特性以及其断口的电境扫描,揭示了X70管线钢的应力腐蚀损伤过程就是材料由塑性向脆性转变的过程;在不同的腐蚀阶段,其腐蚀损伤速率是不同的;其硫化物应力腐蚀敏感性比16MnR的硫化物应力腐蚀敏感性低.     

X80管线钢环焊缝气体保护焊焊丝的研制

针对X80管线钢的组织与性能特点,研究设计了适用于管线钢现场焊接用Mn-Ni-Mo-Ti合金系气体保护焊焊丝;测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧性、抗拉强度和硬度。该焊丝的熔敷金属屈服强度600 MPa,抗拉强度645 MPa,-30℃夏比冲击功105 J。该焊丝用于X80管线钢现场焊接结果表明,焊缝抗拉强度645 MPa,-10℃夏比冲击功平均值145 J,焊缝具有很好的强韧性匹配。采用金相显微镜和SEM对使用该焊丝焊缝微观组织和断口形貌分析表明,焊缝金相组织主要为针状铁素体、少量的先共析铁素体和粒状贝氏体的组织,断口为韧窝状,呈现典型的塑性断裂特征。     

预应变对含焊缝区X80管线钢应变响应特征及拉伸性能的影响

高通量天然气管道在使用过程中由于增压将引发局部变形,对管道材料的服役安全性会产生不利的影响。目前对于预变形引发硬化现象的研究主要集中在母材区域或焊缝区域,而对于含焊缝区域管线钢的研究则甚少。为此,以含焊缝区域的X80管线钢为研究对象,采用不同拉伸预变形量来模拟管道增压形成的单向拉应力,以此为基础研究焊缝和母材协同应变引起的加工硬化对管线钢拉伸性能的影响规律。研究结果表明:(1)在拉应力的作用下,焊缝区域和母材区域均发生应变响应;(2)焊缝区域较大晶粒尺寸可以有效增加晶界与内部位错的流动阻力,具有较高的应变硬化能力,使得再次变形时焊缝区屈服强度高于母材区,因此拉伸过程主要集中在母材区域;(3)预变形量越大,应变硬化现象越显著;(4)焊缝区的强应变响应能力导致断裂发生在母材区域并且断口形貌由微孔聚集型向准解理型断裂转变。结论认为,该研究成果可以为X80管线钢焊接工艺设计及高通量条件下的天然气管道安全评价提供理论基础和实验依据。     

高强度管线钢DWTT性能研究

DWTT(落锤撕裂试验)是一种主要用于评价脆性断裂止裂性能的试验方法。实验室在不同条件下轧制了X100管线钢,并按JIS(日本工业标准)和API SPEC 5L/ISO3183标准加工了拉伸试样和DWTT试样,在-20℃条件下进行DWTT并测量DWTT能量和剪切面积。研究了始冷温度对DWTT性能、脆性断口形貌、显微组织及织构的影响。结果表明:X100管线钢DWTT典型的脆性断裂是分离和倾斜断裂,当管线钢形成铁素体和贝氏体双相显微组织时,即产生断口分离;当形成单相贝氏体显微组织时产生倾斜断裂。抑制倾斜断裂和明显的断口分离对提高管线钢的DWTT性能十分重要。     

温度和应力对管道钢应力腐蚀过程电化学行为的影响

为研究温度和应力对管道钢应力腐蚀过程电化学行为的影响,用X70钢和16Mn钢进行了试验,在不同温度、不同应力及慢拉伸条件下,用电化学极化测量方法研究0.5mol/LNa2CO3+1mol/LNaHCO3溶液中X70和16Mn管道钢的电化学行为。分析温度、应力(应变)和慢应变率等因素对极化曲线的影响,并讨论温度、应力和慢应变率对管道钢发生应力腐蚀开裂的驱动作用。试验结果表明:管道发生高pH应力腐蚀开裂的可能性随运行温度升高而增大;静应力使敏感电位区的阳极电流增大较显著,特征电位向负方向移动;管道钢材料在应力作用下,发生局部塑性变形,可造成选择性局部腐蚀,成为发生高pH应力腐蚀开裂的敏感部位。     

大应变管线钢和钢管的关键技术进展及展望

油气管道工程在途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊地质环境时，使用的大应变管线钢和钢管的研制及应用配套技术是国际上研究的热点之一，也是我国重要油气管道工程必须破解的重大难题。为此，围绕大应变管线钢和钢管研发应用中的一系列关键技术难题，通过十余年的联合攻关，取得了多项理论技术创新。主要成果包括：①提出了应用多个不同的应力比、屈强比、均匀延伸率等参数联合表征和评价钢管变形行为的方法，建立了X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管新产品技术指标体系和标准；②研发形成了X70HD/X80HD钢板制造成套技术，获得了兼备低屈强比、高均匀伸长率、高应力比、高强韧性的大应变钢板；③研发形成了X70HD/X80HD JCOE和UOE大应变直缝埋弧焊管制造技术，解决了钢管母材和焊缝性能合理匹配及成型、焊接、扩径、热涂覆过程性能劣化难题；④自主研制了钢管内压+弯曲大变形实物试验装置，研发形成了钢管实物模拟变形试验技术。X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管在西气东输、中缅管道等重大输气管道工程中实现了规模化应用，取得了良好的应用实效。根据复杂地质条件管道建设与长期安全运行的新要求，提出了进一步发展基于应变的管道设计新方法，研发或完善与环焊缝强匹配要求相适应的焊接方法、焊接材料、焊接工艺、环焊缝性能质量及缺陷控制要求等配套技术的建议。     

X70抗大变形直缝埋弧焊管的开发

针对基于应变设计地区管道建设,尤其是中缅管线项目所需的X70抗大变形焊管进行研究开发。采用铁素体＋贝氏体双相组织的高应变能力的钢板,结合新开发的制管工艺,使批量研制的X70抗大变形焊管具有良好的强度、均匀延伸率、应力比等优点。通过对制管前后的拉伸性能进行对比,发现大变形钢板制管后屈服强度、抗拉强度大幅提高,而均匀延伸率、应力比等指标有所下降;热时效试验表明,时效处理后钢管纵向屈服强度、抗拉强度均升高,而均匀延伸率、应力比等指标进一步下降。     

X70管线钢管环焊接头氢脆敏感性研究

针对X70管线钢管环焊接头进行12 MPa总压、0.36 MPa氢分压下的缺口拉伸试验,研究焊接接头的氢脆敏感性变化,并结合断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验对其的断裂韧性和裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,热影响区位置的断面收缩率下降较明显,表现出较高的氢脆敏感性;与常温常压空气中的原始数据相比,X70钢热影响区在0.36 MPa氢分压环境下的裂纹尖端张开位移（CTOD）值下降了9.6%,断裂表面未出现二次裂纹;X70钢热影响区的疲劳裂纹扩展速率与空气环境相比增加了一个数量级,说明氢气能够增大材料的疲劳裂纹扩展速率,但根据实际管道压力波动情况,在0.36 MPa氢分压条件下X70钢管的氢脆敏感性较小。     

Ti,N和C对X70管线钢管焊缝热影响区韧性的影响

介绍了7种Ti,N,C含量不同的X70管线钢的理化特性,并通过CTOD试验、夏比冲击试验和Gleeble热模拟试验,分析了不同Ti,N,C含量对X70管线钢管环焊缝热影响区韧性的影响。最后指出,当Ti含量和Ti/N比都降低时,TiN粗大晶粒的数量将随之减少,焊缝热影响区韧性提高。     

国产高强管线钢失效判定曲线研究

为了研究国产高强度管线钢的失效行为,分别对X80、X80HD和X90三种国产高强度管线钢取四种典型试样,即紧凑拉伸试样（CT）,中心裂纹板试样(CCP）,双边裂纹板试样(DECP）和单边裂纹板试样(SECP）,通过有限元计算,绘制了不同裂纹尺寸下的平面应力状态和平面应变状态下的失效评定曲线（Failure Assessment Curve,简称FAC）。研究结果表明,大多数情况下,R6第四版通用曲线比较保守,但是对DECP试样显得不保守,为此提出了针对高强管线钢的修正评定曲线。     

高性能输送管线钢(续)

鉴于管道工业将面临建设输送原油、成品油、粉煤浆、天然气等多种形式管线的高潮,对输送管线用钢发展前沿问题,如根据应变设计(strain design)原则在地质状况不稳定地区或深海管线用高抗变形管线钢;输送粉煤浆管线用抗冲蚀(anti-erosion)管线钢;长距离输送天然气管线用X100/X120级管线钢;能够大幅度提高厚壁管线钢管环焊热影响区韧性的含氧化钛质点管线钢;用于X100/X120级管线钢的新型高强度焊接材料以及防止高压输气管线发展延性断裂等问题做了综合论述.