X80钢级Φ1016mm管道四点弯曲试验数值分析

为了保证管道在四点弯曲试验时有足够长的区域满足纯弯曲条件,通过有限元模拟分析了X80钢级Φ1 016 mm管道全尺寸四点弯曲试验时管道弯矩、剪力和轴向应变分布,以及管道在集中力作用下的轴向应变分布。结果表明:从内力角度来看,四点弯曲试验时,两个加载压头之间的管道满足纯弯曲条件;从轴向应变角度来看,四点弯曲试验时,管道中部2 m范围的区域满足纯弯曲条件;加载压头处管道会产生应变突变并产生一定范围的影响;长度12 m的X80钢级Φ1 016 mm管道在四点弯曲试验时,应保证加载压头之间的间距≥4 m,从而保证管道中部至少有2 m长的区域满足纯弯曲条件。研究成果可为大直径管道全尺寸四点弯曲试验的开展提供理论依据。     

海底管道X56与F70级钢对接焊接工艺试验研究

旅大油田开发工程中双层油气混输管道立管段外管材料为API5L X56级钢,而锚固件为ASTM A694F70级钢,二者强度级别相差较大,焊接困难。针对上述问题进行了对接焊接工艺试验研究。通过计算碳当量(Ceq),分析了钢材焊接性,选择了焊接方法和焊接材料,设计了对接试件坡口形式,进行了焊接工艺试验与分析。根据API1104标准和旅大油田开发工程项目焊接检验规格书(SPC-S/G-SP-003)的要求,对试验研究所确定的焊接工艺进行了评定,结果表明:焊缝外观检查、超声波探伤和X射线探伤质量合格,拉伸试验、刻槽锤断试验、弯曲试验及低温冲击试验等各项性能指标良好。按照试验研究所确定的焊接工艺施工的旅大油田开发工程海底管道焊接接头质量合格,满足施工技术要求。依据API1104标准的规定,本次试验研究所确定的焊接工艺可以推广到X52-X70(F70)、X56-F70、X56-X70(F70)等不同强度级别海底管道的对接焊接工程。     

X70管线钢动态断裂的热激活实验与分析

在不同温度下研究了X70管线钢动态断裂韧度KⅠd,JⅠd和止裂韧度KⅠa以及夏氏V形缺口冲击韧度 (CVN)。研究表明 ,断裂韧度受温度和加载速率的影响较为强烈 ;存在由加载速率变化引起的韧 脆断裂转变。通过热激活实验和分析 ,导出一个定量关系式 ,可以解释不用温度和不同加载速率条件下的断裂过程 ;在加载速率K· =15MPa·m /s条件下 ,该式可以预测动态断裂韧度和X70管线钢的止裂韧度KⅠa,为小尺寸试样测定止裂韧度提供了测试的可能途径。     

三维断裂理论在管线钢安全评定中的应用

引入三维应力约束Tz理论和等效厚度概念 ,对三维裂纹的应力强度因子和断裂韧性的计算进行了改进 ,并通过含表面裂纹、单边和双边角裂纹的断裂试验验证了三维断裂理论用于油气输送管线钢剩余强度评定的可行性。试验结果表明 ,此管线钢中的裂纹起裂韧性Ki值随裂纹形态和方位的不同有较大差别 ,且都低于穿透裂纹的起裂值。经三维断裂理论分析后发现 ,所有三维裂纹形态的三维起裂韧性Kzimax都与穿透裂纹的三维起裂韧性Kzithrough值很接近。这说明三维起裂韧性Kzi基本与裂纹形态和几何尺寸无关 ,管线钢的断裂韧性得到统一。     

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。     

X70管线钢焊接接头断裂韧性分析

裂纹尖端张开位移（CTOD）试验常被用来进行材料的韧性评价。详细介绍了CTOD试验的过程、操作步骤及计算拟合方法。并采用裂纹尖端张开位移试验对X70管线钢焊接接头处焊缝、热影响区（HAZ）和母材进行了断裂韧性的测试研究。结果表明,在同一温度下,CTOD特征值δ0.05,δ0.5和δ0.2BL均呈现母材最大、热影响区次之、焊缝最小,即母材断裂韧性最优、热影响区次之、焊缝最差。     

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     

X70/X80管线钢厚板低温CTOD韧性研究

为了保证管线的运营安全,特别是在寒冷地区管线用钢的低温韧性,对管线用钢X70/X80厚板进行了低温裂纹尖端张开位移（CTOD）试验。试验结果表明,该等级的管线用钢板具有良好的抗开裂能力,能够满足制管要求。同时讨论了CTOD试验过程中样品制备、试验结果有效性检测以及特征CTOD值的确定等相关问题,在此基础上给出了管线用厚钢板CTOD认证试验的思路、方法、实践经验及改进意见。     

X70管道钢在碳酸盐/碳酸氢盐溶液中的疲劳裂纹扩展试验研究

完成了一组X70管道钢预制裂纹试件在碳酸盐/碳酸氢盐溶液中阴极保护条件和3种载荷频率(0.1、1.0、5.0 Hz)下的疲劳裂纹扩展试验。结果表明,在较高的载荷频率下,裂纹的扩展以机械作用为主,高pH值的腐蚀环境的影响不明显;如果载荷频率较低,高pH值环境则会促进裂纹的加速扩展。出乎意料的是,其中有2个试件的裂纹在预裂后停止了扩展,而在裂尖表面出现了蚀坑和开裂,这一现象进一步说明循环载荷可以破坏钝化膜的形成,从而导致表面裂纹萌生。     

不同C含量对X70管线钢组织和性能的影响

通过拉伸试验、冲击试验和显微组织分析等方法,研究了X70管线钢中不同C质量分数(0.04％和0.06％)及显微组织对X70管线钢冲击韧性及强度的影响.结果表明,两种不同碳含量的管线钢强度相近,二者有效晶粒尺寸及大角晶界比例相差不大,但C质量分数为0.06％的X70管线钢中因M/A岛含量较多,其夏比冲击韧性低于C质量分数...     

管线钢断裂和疲劳裂纹扩展特性研究

对厚度分别为3mm、6mm、9mm、12mm、1mm的紧凑拉伸(CT)试样进行了断裂韧性试验,研究了X60管线钢的断裂特性.研究结果表明,由于试件厚度与分层裂纹间有强烈的耦合效应,表观断裂韧性不随厚度的变化而变化,靠增加试样厚度无法获得材料的平面应变断裂韧性,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道的安全评定不可靠;考虑塑性区修正的有效应力强度因子K_e与弹塑性J积分参量K_J在失稳扩展前保持了良好的等效性.对厚度分别为2mm、4mm和14mm的CT试样的疲劳裂纹扩展试验表明,高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应,厚度效应敏感区在4 mm以内.     

低碳贝氏体型厚壁X70管线钢低温韧性研究

以洁净钢冶炼控制技术、特厚板坯及优化的TMCP工艺为基础,通过对3种不同的成分体系进行对比,研究了不同成分体系对25 mm 厚X70管线钢低温韧性的影响,确定了以低C-Mo-Ni复合成分生产贝氏体型厚壁管线钢的思路。以此为指导,进行了准1219 mm ×30.2 mm规格 X70管线钢管工业化生产,制管后强韧性能较钢板小幅上升,焊缝及热影响区组织接近母材,具有良好的焊接性能。