X70管线钢不同温度下断裂韧性实验研究

以三维弹塑性断裂理论为基础，对有限厚度板裂纹端部应力场、三维应力约束进行了分析，通过对不同厚度、不同初始裂纹长度在不同温度下三点弯曲试件的断裂韧性测试断口观测和理论分析获得如下结果：离面约束对裂尖应力场及断裂韧性有强烈的影响；断口均产生分层裂纹，其位置、大小和数量与试样厚度、温度和裂纹初始长度有关；温度较低时，分层裂纹距主裂纹根部一定距离，分层裂纹宽度较小，对厚度效应影响较小；温度较高时，分层裂纹首先出现在主裂纹根部，分层裂纹宽度较大且充分张开，降低了试样的有效厚度，对X70管线钢进行性能评价时必须考虑管道壁厚、层裂和环境温度的耦合作用。     

厚度与分层耦合效应对X60管线钢断裂韧性的影响

通过对厚度分别为3,6,9,12和15mm的CT试样的断裂韧性实验和微观断口分析,研究了X60高韧性管线钢的断裂韧性和裂纹扩展阻力曲线的厚度与分层裂纹耦合效应,结果表明,分层裂纹与厚度方向的离面应力存在约束互相作用,厚度增加,分层开裂加剧,局部有效厚度并未增加,导致断裂过程中裂纹端部的一三维应力约束总是近平面应力的低约束状态,表观断裂韧性不随厚度变化,在有分层裂纹出现时,无法靠增加试样厚度获得材料的平面应变断裂韧性,由于分层与厚度的耦合作用与裂纹扩展方向与厚度方向的相对方位密切相关,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道结构的安全评定并不完全可靠,研究还表明,塑 性区修正的有效应力强度因子与弹塑性J积分参量在失稳扩展前保持良好的等效性。     

低温下转向架钢Q355NHC冲击韧性和断口特征研究

通过V型缺口夏比冲击实验研究了20～-60℃Q355NHC转向架用钢不同取向的低温冲击韧性。采用扫描电镜观察断裂面的形貌,对比分析不同取向试件在20、-25、-50、-60℃下的冲击性能与断口分离形貌,分析Q355NHC转向架用钢断口和冲击功与温度、取向和分层裂纹的耦合作用。结果表明:Q355NHC钢板存在明显的各向异性,L-T取向对低温的敏感程度较大,存在明显的低温脆性;较大尺寸的非断口分层区抛物线性韧窝与等轴韧窝的形成有利于提高母材的韧性。断口分层区由里向外断裂方式依次是准解理断裂、滑移分离与韧窝断裂,这种特征在分层裂纹不同位置呈现交互出现的现象,并且分层裂纹的存在可提高材料的低温冲击韧性。     

X60管线钢非穿透裂纹体的断裂研究

对X60管线钢进行了不同形状的表面裂纹、单边和双边角裂纹等非穿透裂纹形式的断裂实验,结合断理解理论分析和断口宏微观分析,探讨了穿透裂纹的断裂实验数据用于一般三维形态裂纹体断裂的可行性,结果发现,裂纹在起裂后并不连续扩展,而是严重钝化,发生明显预缩后才失稳扩展;各种非穿透裂纹体断裂过程中,由于裂纹在起始和不同扩展阶段与厚度方向的相对方位不同,导致三维约束效应与分层裂纹的耦合效应不同;各理解纹形式下的起裂临界应力强度因子值比穿透理解纹的平均值低9．6％－45％,导致三维约束效与分层裂纹的耦合效应不同;各裂纹形式下的起裂临界应力强度因子值比穿透理裂纹的平均值低9．6％－45％,研究表明基于穿透裂纹实验数据得到的名义断裂韧性不是客观的断裂评定指标,而是随几何形状、尺寸、理解纹取向等变量而变化,因而不能作为管道断裂评定的控制参量。     

多层多道平焊接头冲击性能不稳定的原因分析

以X70管线钢用药芯焊丝多道焊平焊接头为研究对象.用光镜和扫描电镜观察焊接接头和冲击试样金相组织、寻找冲击断口起裂源，对焊缝冲击韧性不稳定且出现低值的原因进行了研究.结果发现，冲击试样的取样位置不同，冲击吸收功不同；冲击试样开缺口处柱状晶所占比例是冲击韧性出现波动的一个主要原因，但不是其出现低值的原因；缺口前沿焊接缺陷的位置以及粗大晶粒是冲击韧性波动以及出现低值的主要原因，试样冲击吸收功为54.2 J时是解理断裂，解理断裂试样的起裂源为夹杂、未熔合等焊接缺陷，且这些缺陷的位置距缺口越近，冲击韧性越低.     

X70管线钢焊接性分析

针对管道建设中日益广泛采用的X70管线钢，分析了其碳当量与冷、热裂纹敏感性问题，探讨了防止X70管线钢产生冷裂纹的工艺措施，计算了不同板厚X70管线钢的预热温度，为实际的管道建设提供了理论依据与工程指导。     

裂纹及气孔对多丝埋弧焊焊缝冲击韧性的影响

文中针对X80钢级管线钢的内四丝+外五丝多丝埋弧焊焊缝,研究了焊缝中气孔及裂纹缺陷对冲击韧性的影响。受裂纹制备技术限制,冲击韧性试样采用了1/4试样,通过与全尺寸试样对比发现,在-10 ℃下1/4试样与全尺寸试样的冲击吸收能量比例系数为0.17。裂纹与气孔的作用研究结果表明直径为0.5 mm,1.0 mm的气孔的存在降低冲击韧性,无止裂作用。对于与裂纹扩展路径垂直的预制裂纹,只要其位置在摆锤冲击处1 mm范围外,则可以通过塑性变形提高裂纹扩展阻力,使裂纹扩展路径弯曲,增大冲击吸收能量。横向预制裂纹的作用相当于大直径气孔,其下裂纹面可发生大量塑性变形,具有一定的止裂作用,提高试样的冲击吸收能量。X80管线钢焊缝中缺陷的存在改变了试样的冲击吸收能量,但微观断口分析结果表明断裂性质并未改变,其微观形貌仍然为韧窝型,与无缺陷试样一致。     

X70管线钢仪器化冲击试验研究

通过对X70管线钢仪器化冲击曲线和冲击断口形貌的观察,对比分析了在不同温度条件下试件的冲击韧性。结果表明,随着试验温度的降低,裂纹形成功变化较小,裂纹扩展功和总冲击功呈下降趋势,裂纹扩展速度加快。以针状铁素体组织为主的X70管线钢在低温下具有较好的止裂能力,其韧脆转变温度在-80℃以下。     

面外拘束效应对单边缺口拉伸试样断裂韧性的影响

采用API X90管线钢,对不同厚度的单边缺口拉伸(SENT)试样进行断裂韧性实验,并结合全场应变测量技术和断口分析,研究SENT试样面外拘束(试样厚度)对裂纹尖端张开位移(CTOD)的影响。结果表明,在相同的载荷水平下,随着试样厚度的增加,最大纵向应变峰值急速下降,高纵向应变区域由裂纹尖端迁移至距裂纹面一定距离的未开裂侧,裂纹尖端的塑性变形能力降低。CTOD值对厚度变化很敏感,随着试样厚度的增加而降低。当试样厚度宽度比≥4时,临界CTOD值达到下平台并保持基本不变。因此,在管线工程设计中,可将试样厚度宽度比等于4作为SENT试样断裂韧性与试样厚度无关的一个参考试样尺寸。     

16MnR钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展规律

采用压力容器用16MnR热轧钢不同缺口尺寸、不同厚度的紧凑拉伸 (CT)试样, 进行了不同温度、不同应力比条件的一系列疲劳裂纹扩展实验, 得到了相应实验条件下的疲劳裂纹扩展速率. 讨论了高温环境、缺口半径、应力比及试样厚度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律. 结果表明: 16MnR钢在环境温度为150和300 ℃时的疲劳裂纹扩展速率比25和425 ℃时低, 300℃时疲劳裂纹扩展速率最低, 300℃以上时随温度的升高裂纹扩展速率增大; 缺口半径的大小对初期疲劳裂纹扩展有较大的影响; 应力比对16MnR钢的疲劳裂纹扩展行为没有影响; 疲劳裂纹扩展速率随试样厚度的增大而增大.     

高强度管线钢焊接接头韧性参数CVN的神经网络预测系统

使用VC 6.0建立了多层BP人工神经网络模型预测高强度管线钢焊接接头韧性参数夏比冲击(CVN)值.根据现场X70管线钢焊接参数,选择平均线能量、壁厚、预热温度、焊接位置和取样位置作为模型输入量,建立了节点数为14的一个隐层,激活函数为Sigmoid型的接头韧性参数CVN预测程序.194组样本数据均来自现场焊接数据,随机选取150组样本作为训练样本,其余44组样本作为预测结果的检验样本.分析了神经网络结构对预测结果的影响.预测值误差在20%以内的样本占测试样本数的77%.结果表明,在高强度管线钢焊接中,基于ANN(artificial neural network)的CVN预测方法可为合理选择焊接工艺参数提供一种有效途径.     

X70管线钢配套焊条CHE607GX的研制及应用

研制了X70管线钢配套用低硫高韧性焊条。该焊条具有良好的焊接工艺性能,焊接接头具有优良的塑性,低温韧性和抗裂性能,能满足“西气东输”工程用X70管线钢的焊接要求。     

基于拘束的X80钢裂纹扩展阻力曲线构建

对于管道中的裂纹,由于其裂纹尖端拘束水平低,使用单边缺口弯曲试样、紧凑拉伸试样所测得的裂纹扩展阻力曲线对管道进行断裂评估,得到的结果趋于保守. 文中采用裂纹深度不同的单边缺口拉伸试样,探讨了裂纹深度对裂纹扩展阻力曲线的影响. 采用有限元分析,计算了裂纹深度不同的单边缺口试样的裂纹尖端拘束水平. 最后,基于裂纹尖端的拘束水平,所构建的裂纹扩展阻力曲线能更加准确地表征管道中裂纹的扩展阻力曲线.     

大口径厚规格X80管线钢的低温断裂控制

以大口径(OD1422 mm)、大壁厚(38.5 mm)X80级管线钢热轧板为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和-20 ℃低温落锤撕裂试验断口形貌进行分析,研究了断裂与组织之间的关系。结果表明,带状组织和不同厚度位置晶粒度大小不均,粒状贝氏体、退化珠光体、准多边形铁素体和马奥岛等混合组织会导致裂纹的萌生和扩展,出现解理断裂,对低温韧性不利,而尺寸为3 μm以下的马奥组织和均匀分布的贝氏体铁素体对裂纹扩展起阻碍作用,说明细小的马奥组织和贝氏体铁素体能够提高钢板的断裂韧性,对低温断裂控制十分有利。     

控轧工艺对厚壁X70管线钢低温止裂性能的影响

针对壁厚33 mm、管径φ1 422 mm管线用X70钢板在-30 ℃下DWTT性能异常问题,利用扫描电镜和背散射电子衍射技术,分析了两种不同控轧工艺下X70管线钢板的微观组织、晶粒大小及取向等因素对其低温止裂性能的影响。结果表明:粗轧采用7道次,道次压下量21~35 mm,轧后冷却速率19.4 ℃/s的条件下,钢板可获得细小的多边形铁素体、针状铁素体、以及弥散分布的M/A岛组织;同时,由于采用大压下率,提高了钢板心部变形渗透能力,可以细化心部奥氏体晶粒,增加了心部大角度晶界比例;还有,由于钢板厚度方向晶界取向差接近且心部存在38.2%的大角晶界,均有利于提高管线钢板的止裂性能。     

不同温度下X100管线钢的冲击韧性

通过对X100管线钢试件冲击示波曲线、冲击断口形貌的观察,对比分析了在温度20℃、-60℃及-80℃条件下试件的冲击性能,研究了冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明,裂纹启裂及扩展功所表现出的韧脆特性与总冲击功不同。随试验温度降低,断口分层现象明显,断口分层小平台可提高试验钢的断裂韧性,片状夹杂物则促进了脆性断口的产生;随温度降低,裂纹的扩展路径呈直线化,且尖角状裂纹较多。     

X80管线钢在近中性pH溶液中腐蚀行为研究

目的研究X80管线钢在近中性p H溶液中的腐蚀与应力腐蚀裂纹萌生行为。方法采用电化学实验和浸泡实验研究X80管线钢在近中性p H溶液中的腐蚀行为,采用慢应变速率拉伸实验研究X80管线钢在近中性p H溶液中,在自腐蚀电位和外加电位下的应力腐蚀裂纹萌生行为。结果 X80管线钢在近中性p H溶液中的极化曲线只有活化区,没有钝化区,其自腐蚀电位约为-750 m V,浸泡195天后,试样表面没有氧化膜出现,但是观察到点蚀坑。在自腐蚀电位下,X80管线钢试验表面有大量的应力腐蚀裂纹;在-500 m V阳极外加电位下,X80管线钢试验表面几乎没有观察到应力腐蚀裂纹;在-850 m V阴极外加电位下,X80管线钢试验表面的应力腐蚀裂纹很少,但是随着外加阴极电位负移到-1300 m V时,X80管线钢试验表面的应力腐蚀裂纹增多。结论 X80管线钢在近中性p H溶液中发生均匀腐蚀,但是夹杂物剥落能在X80管线钢表面形成点蚀坑。在近中性p H溶液中,在自腐蚀电位下,X80管线钢应力腐蚀裂纹萌生敏感性最强;外加阴极电位抑制应力腐蚀裂纹萌生,但是随着外加阴极电位的负移,应力腐蚀裂纹萌生敏感性增强;外加阳极电位下,由于均匀腐蚀的作用,应力腐蚀裂纹萌生敏感性较弱。