X80管线钢与氢环境相容性试验研究

针对在高压气相氢环境下开展的X80管线钢慢应变速率拉伸试验、断裂韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验,分析了不同氢分压对X80管线钢力学性能、疲劳性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明,氢分压是影响材料氢脆和疲劳性能的重要因素,随着氢分压的增加,X80管线钢的氢脆敏感性显著增大,缺口疲劳试样的疲劳循环次数显著降低,断口韧窝间出现典型的具有小平面和撕裂棱的准解理特征脆性断裂形貌,疲劳裂纹扩展速率急剧增加,增加了管道失效风险。研究结果可为高强度输送掺氢天然气管道工程临界评估提供参考。     

X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能的研究

为了研究X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能,采用MTS和INSTRON万能力学试验机测得了全壁厚X80大应变钢管焊接接头的疲劳寿命及焊接热影响区的疲劳裂纹扩展速率,并采用Gleeble-3500热模拟试验研究了焊接热循环不同峰值温度对组织和性能的影响。结果表明,焊接接头的疲劳性能显著降低,在相同的疲劳寿命条件下,其疲劳裂纹应力降低约100 MPa以上;疲劳裂纹均在焊趾处萌生,并向内沿热影响区扩展;而疲劳裂纹在热影响区的扩展速率随其通过的不同区域而变化。经焊接热循环后,热影响区呈现弱化趋势,强度最低点出现在细晶区,然而细晶区良好的塑韧性有利于抑制疲劳裂纹扩展,改善疲劳性能。     

高韧性螺旋焊缝钢管疲劳寿命预测

采用小尺寸弯曲试样进行裂纹扩展速率（da/dN）试验,测定了某特定规格和使用工况的X70钢螺旋焊缝钢管母材和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率。试验表明,该螺旋焊缝钢管母材区和焊缝区的裂纹扩展速率不同,焊缝区疲劳裂纹扩展速率快于母材区。通过测得的螺旋焊缝钢管疲劳裂纹扩展数据,对该钢管进行了服役寿命预测和评估。预测结果表明,该螺旋焊缝钢管焊缝区疲劳寿命明显低于母材区,其母材区疲劳寿命可超过30 a。     

API X52焊管管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率

对两种X52管线钢管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了测试，发现两种焊管管母虽有50MPa以上强度差，但几乎有相同的疲劳裂纹扩展速率。而且，两种焊管焊缝及热影响区的疲劳裂纹扩展速率均低于管母，但在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，两种焊管焊接接头的疲劳裂纹扩展速率均与管母相当。     

Q345R钢厚板焊接接头断裂疲劳性能试验研究

对60mm厚度的Q345R钢手工焊焊接接头的金相组织、断裂性能和疲劳性能进行了试验研究,讨论了厚板焊接接头在母材、焊缝和热影响区的断裂韧度JIC和不同深度下的疲劳裂纹扩展速率变化情况。结果表明:①Q345R钢厚板焊接接头焊缝区组织为细化均匀的铁素体和少量珠光体,热影响区和母材组织均为粗大铁素体和少量珠光体。②焊缝的断裂韧度(309.35kJ/m2)较母材(227.97kJ/m2)和热影响区(237.26kJ/m2)好,热影响区和母材断裂韧度接近。③在相同应力强度因子幅下,焊缝区材料的疲劳裂纹扩展速率低于母材,坡口中间层疲劳裂纹扩展最慢。④热影响区不同深度试样的疲劳裂纹扩展速率一致,比母材稍慢。⑤应力比对热影响区疲劳裂纹扩展速率没有影响,但对焊缝区试样有一定影响,当应力强度因子幅小于30MPa槡m时,应力比大,裂纹扩展速率快。     

X70厚壁海底管线钢管研制

根据我国南海深海管线用钢管的技术要求,开发出了厚壁X70钢级φ765.2 mm×31.8 mm海底管线钢管。通过对钢管进行检测:钢管管体纵向和横向屈服强度≥550 MPa,抗拉强度≥660 MPa,屈强比最低达到0.81,焊缝抗拉强度达695 MPa,均匀延伸率达到了7.6%,断后伸长率达到54%;在-20 ℃下管体冲击功平均值为340 J,焊接接头冲击功平均值最低为168 J;在0 ℃下管体CTOD特征值δm最高达到0.688 mm,焊接接头最小为0.222 mm,热影响区最小为0.280 mm。钢管管体母材、热影响区、焊缝部位的抗氢致开裂、硫化物应力腐蚀及盐雾腐蚀性能良好。试验结果表明研制的X70钢管具有优良的强塑性、低温韧性、断裂韧性及耐腐蚀性能,适用于海洋服役环境的油气输送。     

高压油气输送管道疲劳寿命预测研究

通过对X60和X80钢级埋弧焊管疲劳裂纹扩展试验的研究,分析了不同钢级及应力比对埋弧焊管裂纹扩展速率的影响,并模拟停输工况对X80级准1 219 mm×22.0 mm埋弧焊管的疲劳寿命进行了分析计算。研究结果表明,应力比和钢管材料本身抗裂纹扩展能力对裂纹扩展速率有明显的影响。在单一模拟工况下,X80级准1 219 mm×22.0 mm埋弧焊管疲劳寿命为76年,有足够的疲劳寿命安全裕度。     

NK-HITEN610U2钢焊接接头力学性能研究

对日本产高强度NK-HITEN610U2钢的焊接接头进行了力学性能研究,包括冲击试验、落锤试验、断裂韧性试验、低周应变疲劳试验以及疲劳裂纹扩展速率试验,为国内采用日本产高强度NK-HITEN610U2钢制造球罐及其今后的安全使用提供了相关的技术参数和技术依据.     

海洋隔水管对接环焊缝接头高周疲劳性能研究

采用四点弯曲疲劳试验法,测试了海洋隔水管道X80／x80J对接环焊缝高周疲劳性能。综合分析了应力集中、显微组织和硬度对裂纹萌生位置的影响。结果表明,有余高焊接接头疲劳裂纹在焊趾处萌生并向热影响区扩展,去除余高的焊接接头疲劳裂纹从焊缝处萌生并沿焊缝扩展;焊缝余高引起的应力集中是降低焊接接头疲劳性能的主要因素,有余高焊接接头的疲劳极限为216MPa,去除余高的焊接接头疲劳极限为400MPa。     

输氢管道采用X80管线钢的设计建议

高强度管线钢常被用于长距离、大输量天然气管道输送,然而目前的输氢管道采用低强度管线钢,以避免氢脆的产生。为了探究大直径X80管线钢输送加压氢气的能力,对X80管线钢试样进行了拉伸、韧性、裂纹扩展和圆片破裂试验。根据试验结果,分析了输氢管道压力对试样缺陷临界尺寸的影响,从而对X80输氢管道的设计提出了建议。研究表明,在一定输送能量下,氢的运输成本可能比天然气高出数倍。此外,尽管低强度钢的氢脆敏感性更低,但使用高强度钢建造输氢管道比使用低强度钢可带来10%～40%的成本效益。     

高强度管线钢焊接性影响因素分析

为了使X80～X120高强度管线钢焊接时获得高强韧性焊接接头,避免产生冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷,针对高强度管线钢的焊接性影响因素进行了分析论述,包括冷裂纹产生的原因及影响因素、管线钢的HAZ软化及脆化影响因素等。重点对管线钢的焊缝与管材的强韧匹配以及管线钢焊接工艺进行了分析研究。研究结果表明,高强度管线钢焊接时,应依据等韧性原则来选用接头的匹配,选择合适的预热温度、含氢量较小的焊接材料、合理的焊接热输入,保证焊接接头具有足够的韧性,满足实际需要。同时针对冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷提出了合理的控制措施。     

高强度管线钢焊接接头不同缺口位置的断裂韧性研究

采用夏比冲击试验,研究了X65级高频焊管、X80和X100级埋弧焊管焊接接头不同缺口位置的断裂韧性,用扫描电镜和金相方法分析了冲击试样断口特征和微观组织。结果表明,高钢级管线钢高频焊接焊缝处的断裂韧性最低,其冲击功大小与热处理工艺密切相关;而埋弧焊接热影响区断裂韧性在熔合线处最低,其主要原因是此处的组织为粗大的粒状贝氏体,而且强度越高焊接热循环对管线钢的作用越强,在熔合线附近更容易产生粗大组织,使断裂韧性降低。讨论了油气输送管道用钢管标准和技术条件对焊缝和热影响区冲击试样缺口位置的规定。     

基于应变设计的X70钢管软化及脆化研究

为了研究基于应变设计的X70钢管在焊接热循环作用下热影响区软化和脆化现象,采用焊接热模拟试验、系列温度冲击试验及硬度检测等方法,分析了焊接接头热影响区组织形成、低温冲击韧性和软化程度大小的影响因素。研究结果表明,X70大变形钢焊接热影响区的脆化现象不明显,但存在不同程度的软化现象,填充层硬度最大降低10%,盖面层硬度最大降低11.6%。通过对焊缝的补强覆盖焊接增大了焊缝余高的宽度和高度,解决了焊缝热影响区的软化的问题。     

高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术研究

为了全面掌握高钢级管道止裂韧性预测方法,对高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术进行了研究。在设计试验流程、钢管排布、传感器安装和数据采集等方案的基础上,对Φ1 422 mm X80钢级螺旋缝埋弧焊管进行了压力13.3 MPa的全尺寸气体爆破试验。结果显示,管道全尺寸爆破试验顺利实施,裂纹扩展速度、减压波等数据采集技术可靠,测试结果准确,与理论计算结果一致性较好。结果表明,我国已攻克并掌握全尺寸气体爆破试验关键技术,进一步提升了管道断裂控制研究方面的能力。     

一种X80管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值的研究

采用疲劳试验、显微分析方法和力学性能分析等手段,对焊接热输入为20 kJ/cm的一种X80管线钢焊接接头在不同应力比条件下的疲劳裂纹门槛值进行了研究。研究结果表明,随着应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率da/dN增大,疲劳裂纹扩展门槛值呈逐渐降低的趋势。在热输入为20 kJ/cm时,焊缝的组织以针状铁素体为主,含少量多边形铁素体,有很好的韧性。     

X70海洋管阻力曲线的测定研究

为了测定X70海洋管的阻力曲线,并以此来描述材料的断裂行为,采用多试样法对X70海洋管焊接接头进行低温CTOD试验,分别在0℃测试焊缝、热影响区和母材的断裂韧性并拟合阻力曲线,得到启裂韧度δ_(0.2)。通过类比法,确定最小允许值为0.2 mm较为妥当。X70海洋管焊接接头启裂韧度δ_(0.2)均值大于0.2 mm,显示韧性良好。结果表明,其具有良好的抗开裂性能,可免除焊后热处理,节约成本,试验结果为有效评价X70级直缝埋弧焊海洋管焊接接头提供了可靠依据。