Separation occurring during the drop weight tear test of thick-walled X80 pipeline steels

A separation phenomenon occurring during the drop weight tear test of commercial thick-walled API （American Petroleum Institute） X80 strip steel was investigated in this work. Microstructural analysis showed that the band structure of bainite elongated along the rolling direction works as the initiation sites of separation. The propagation of separation can be promoted not only by the occurrence of the band structure of martensite/austenite constituent, prior austenite grain boundaries, and elongated bainite, but also by fine acicular ferrite and bainite. Wide separation formed in the former case, while the narrow one appeared in the latter case. acicular ferrite in thick-walled X80 pipeline steel in order Some methods were proposed to obtain fine and homogeneous to minimize the occurrence of separation.

600 MPa级管线钢DWTT落锤撕裂试验

管线钢是当前重要的能源用钢,其材料的韧性是油气管道安全运行的重要技术指标之一。针对某钢厂600 MPa级管线钢生产初期落锤撕裂试验结果不合的原因进行了研究,通过调查试验钢的生产工艺,对比不同层冷温度下的落锤撕裂试验结果,进一步分析落锤试样撕裂断口位置的金相组织、夹杂物、带状组织与带钢层冷温度的关系。结果认为,600 MPa级管线钢DWTT落锤撕裂试验不合是由于落锤试验样品取样位置的带钢层冷温度偏高,导致该区域显微组织析出了大量碳化物,使得带钢韧性降低、脆性提高。层冷温度在200~400℃,显微组织稳定,碳化物析出明显降低,试验钢种钢材的韧性性能和落锤撕裂性能稳定,能够满足产品要求;层冷温度在400℃以上,随着层冷温度的提升,钢材的韧性性能和落锤撕裂逐步降低。

30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能,自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成,可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料,初步开展了支护材料动态力学性能测试,测试结果表明:动载下锚杆颈缩不明显,表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,而延伸率大幅度降低;锚索受动载后钢丝易散开,外侧的钢丝更容易出现破断,破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高,而延伸率却大幅度降低,锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段,托板的冲击力峰值要明显大于其静载,变形量与静载基本相同,拱部结构在动载下能平稳变形吸能;随着冲击能量的增加,菱形网的冲击力峰值逐步增加,而变形量先增加后减小,菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段,为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和支护设计奠定了基础。

数据驱动的文献辅助管线钢产线落锤撕裂韧性内禀特征关联

管道运输是当前长距离输送石油、天然气等能源最经济的方式之一,具有优异的低温韧性是保证管线钢安全运输的重要特征.落锤撕裂试验(Drop weight tear testing,DWTT)是衡量管线钢低温韧性的最有效的方法.在目前的工作中,根据钢厂提供的产线数据集和文献收集的管线钢数据集,建立了基于机器学习的DWTT剪切面积预测模型.基于纯产线数据和文献数据辅助的产线数据构造了两种机器学习策略方案,测试了不同机器学习算法,效果最好的均是随机森林模型,策略一的纯产线数据模型的性能指标皮尔逊相关系数(PCC)为0.64,策略二的文献数据辅助的产线数据模型的性能指标皮尔逊相关系数(PCC)为0.92,文献数据的增加有效提高了DWTT剪切面积预测精度.机器学习技术为优化和预测DWTT剪切面积提供了一种新的思路.

高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验,详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响,分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因.研究表明:异常断口常出现在韧脆转变温度附近,温度较低和较高均不易产生异常断口;管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的,裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大;裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口,仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功,并不能完全避免异常断口的产生.

多边形铁素体的体积分数和大小对管线钢落锤撕裂性能的影响

在天然气管线脆性断裂止裂的研究中,由于落锤撕裂试验(Drop weight tear test,DWTT)采用了全板厚试样,其试验状态接近管道在实际情况下的应力应变状态,能充分显示管材断裂的真实状况及其止裂能力,所以,DWTT已经成为评价管线钢脆性断裂止裂能力的重要方法,并以试样的断口纤维率(Shear-area percentage,SA)大小作为衡量标准。在不同的工业生产条件下轧制X70管线钢,并对它们进行落锤撕裂试验、疲劳试验、拉伸试验及冲击试验,探讨X70管线钢显微组织中多边形铁素体体积分数和大小对DWTT断口纤维率的影响。研究结果表明,当多边形铁素体作为第二相存在时,断口纤维率随着多边形铁素体体积分数的增加呈现出先上升后下降的特点;当多边形铁素体作为主要基体组织存在时,断口纤维率主要受多边形铁素体晶粒大小的影响,并且晶粒越细断口纤维率越高。

不同缺口类型X100钢管的韧性特征及断裂规律

止裂韧性是管线钢的一项重要性能指标,准确测定钢管的止裂韧性对于保证管线的安全运行具有重要意义。为此,采用不同温度下的落锤撕裂试验(Drop Weight Tear Test,DWTT)研究了人字形和压制V形2种缺口X100钢管的能量特征,从吸收能、断口剪切面积、总吸收能、起裂能和扩展能等方面对其能量进行了表征和分析,同时进行了不同温度下的夏比V形(Charpy V-type Notch,CVN)冲击试验,对比分析了不同缺口类型X100钢管DWTT能量密度与CVN能量密度的变化。结果表明:相对于人字形缺口试样,压制V形缺口试样的总吸收能较高,韧脆转变温度较低,能量密度较高,扩展能与总吸收能之比较低,总吸收能和扩展能对温度较为敏感,起裂能则对温度不敏感;起裂能量密度、扩展能量密度与总能量密度之间,以及起裂能量密度与CVN总能量密度之间具有线性关系;相对于CVN冲击试验,DWTT所得到的韧脆转变温度较高。通过DWTT与CVN的对比分析,推荐采用Battelle能量关系式来建立DWTT与CVN的能量关系。

坯料厚度及轧制规程对厚规格管线钢落锤撕裂性能的影响

厚规格管线钢板随其厚度的增加，落锤撕裂性能控制难度急剧增加，成为管线钢开发的关键技术。本文对厚规格管线钢板生产过程中铸坯厚度、未再结晶区压下率、变形速率及轧制规程优化设计对粗轧阶段的变形渗透及钢板落锤撕裂性能的影响规律进行了分析研究，并进行了工业化轧制试验。结果表明：轧制相同规格（22mrn厚）管线钢板时，铸坯厚度由300mm增加到400mm，钢板落锤剪切面积由85％～90％提高到90％～100％；采用相同坯料（400mm厚）轧制25mm厚度管线钢板，通过优化轧制规程，钢板落锤剪切面积由85％～90％提高到90％～95％。

管线钢落锤撕裂试验能量测试系统的分析与应用

阐述了落锤撕裂试验能量测试系统在DWTT试验中应用的必要性。通过将国产管线钢落锤撕裂试验能量测试系统的测试曲线与ASTM标准和ZWICK试验机的测试曲线进行对比分析,证明该测试系统的准确性和可靠性;为定量研究各种因素对管线钢断裂韧性的影响以及从理论上分析管线钢承受冲击载荷的断裂机理提供了试验支持。

厚壁X70高钢级管线钢落锤撕裂试验断口分析

通过对厚壁X70管线钢的落锤撕裂试验(DWTT),分析了X70管线钢DWTT典型断口和异常断口形貌及其评价方法,研究了不同板厚和温度对断口形貌的影响。结果表明,厚壁X70管线钢DWTT异常断口有4种类型。在APIRP5L3中被视为无效试样的异常断口应作为有效试样在相应的评定区域内进行评定;材料的强度越高、板越厚及试验温度越低,越易产生异常断口。研究结果对X70管线钢的安全设计具有重要意义。

管线钢落锤撕裂试验厚度效应试验研究

通过不同壁厚试样落锤撕裂试验(DWTT)研究,指出壁厚对于试验断口剪切面积影响符合Z形曲线规律,随着壁厚的增加,管材韧性降低。在大壁厚和小壁厚范围内,厚度对剪切面积影响较小,剪切面积百分比呈现上下平台。韧脆转变温度随试样壁厚的变化规律服从反Z形曲线规律,随着壁厚的增加,韧脆转变温度逐渐升高,在大壁厚和小壁厚范围内,也存在类似的上下平台区。进一步的分析结果表明,随着温度的降低,剪切面积百分比随试样厚度转变曲线逐渐下降,转变曲线上下两个平台之间的过渡段也逐渐变短。在低温和常温下,厚度对材料韧脆转变的影响较小。低温和常温之间的温度,厚度效应更加明显。

X70高钢级大壁厚管线钢管落锤撕裂试验的影响因素

落锤撕裂试验(DWTT)是评定管线钢管延性断裂和脆性断裂的重要方法。针对某规格为φ765.2 mm×31.8 mm的X70高钢级大壁厚管线钢管全壁厚和单面减薄(19 mm)试样DWTT结果存在较大差异的问题,从材料的不均匀性、韧脆转变温度、断口剪切面积评定方法、减薄试样加工方法和试验设备等方面分析了影响X70管线钢管DWTT结果的因素。通过分析得出对于高钢级大壁厚管线钢管,尽量采用大能量落锤撕裂试验机和全壁厚人字型缺口试样进行DWTT,同时建议开展落锤撕裂试验机支座圆弧半径的研究,将现落锤撕裂试验标准中的支座圆弧半径由(14.3±1.59)mm改为(20±5.0)mm。

高性能管线钢动态断裂性能的试验与数值模拟研究

采用不同锤高对X90管线钢试样进行落锤撕裂试验,利用GTN微观损伤模型对试验过程进行有限元模拟,详细研究裂纹稳态扩展速度与临界裂尖张开角的关系,并对试验和模拟结果进行分析和对比。结果表明:试样的断裂韧性随稳态断裂速度的增大而减小;有限元计算的断裂速度、裂尖张开角与试验结果吻合较好,GTN微观损伤参数能较好地应用于X90管线钢的动态断裂分析;现有的DWTT方法在评估试样的断裂韧性时存在缺陷,应考虑试样的起裂和冲击变形对评估的影响。

应用仪器化DWTT试验评价管线钢的动态韧断行为

基于三点弯曲试样韧断铰链模型,建立了根据加载点位移与韧带宽度关系定量评价材料裂纹尖端张开角度(CTOA)值的单试样方法。使用能量高达40k J的摆锤冲击机对压制缺口落锤撕裂试样(DWTT)试样实施仪器化冲击,采用关键曲线法验证了韧断过程中试样极限载荷与韧带宽度平方值的线性关系,进而提供了一种评测材料参数A*σf的试验方法。针对全板厚与减薄试样的试验结果表明,尽管由于初始韧带截面积的不同导致试样在承载耗能上存在显著差异,但在裂纹扩展阶段两组试样的CTOA值与变化趋势近似一致。所设定的对应裂纹长度25 mm^40 mm的稳态阶段,临界CTOA值,即CTOAC作为材料止裂性能的本征参数,其结果不受试样厚度影响而基本保持基本恒定。

X80管线钢动态断裂分析的落锤撕裂实验与有限元模拟

已有的不同类型落锤撕裂实验数据表明,高钢级管线钢的单位断裂能和裂尖张开角依赖于断裂速度。本文进一步确定了其依赖关系是由断裂韧性而非试件几何差异所引起,并且定量分析了基于断裂准则所定义的断裂韧性与断裂速度之间的关系。利用所提出的黏结本构法则分别对X80管线钢标准试件和修正试件的落锤撕裂实验进行了三维有限元模拟,并将有限元结果与实验结果进行了对比。结果表明:有限元计算的加载曲线、断裂速度、裂尖张开角与对应的实验结果吻合较好,故本文提出的黏结本构法则能较好地应用于X80管线钢的动态断裂分析;标准试件的断裂韧性高于修正试件的断裂韧性,而标准试件的断裂速度则低于修正试件的断裂速度;七次有限元计算结果都表明断裂韧性随稳态断裂速度的增大而减小,且二者的关系可以由本文提出的自然指数函数进行描述。

落锤撕裂试验的发展及其在评价材料韧断止裂性能中的应用

综述了按GB/T 8363与API RP 5L3等标准所执行的铁素体钢落锤撕裂试验(DWTT)技术的发展概况及其在评价高强度、高韧性金属材料动态断裂性能,特别是在韧断止裂性能中的应用,如高等级管线钢、压力容器用钢以及高止裂性能船板用钢等。具体而言,第一代DWTT试验机具有较高打击能量冲断试样暴露断裂面,仅用于评价设定温度断口剪切面积分数pSA指标;第二代试验机可实测试样的DWTT吸收能,是夏比冲击技术在大尺寸试样与实物性能评测中的重要拓展;第三代试验机具备仪器化测力分析功能,可结合弹塑性断裂力学原理开展动态断裂性能评价,特别是评估管线钢的临界裂纹尖端张开角度指标,即ψCTOA,c。

海底油气管道止裂性能研究

采用落锤撕裂试验(DWTT)方法对输油(气)管线钢API5LX65的止裂性能进行了试验研究。介绍了管道裂纹的扩展速度主要取决于管道钢的转变温度FATT,FATT可由落锤撕裂试验测定。论述了落锤撕裂试验的方法和标准,并对用DWTT来评定管材及其焊接接头的韧脆转化能力进行了探讨。

成分对管线钢DWTT性能的影响

系统分析X70、X80管线钢中的C、Mn等基本元素,以及微合金化元素Nb、V、Ti、Al,其他合金元素Cu、Ni、Cr、Mo和夹杂元素P、S、H、N、O、Si等对于X70、X80管线钢落锤动态撕裂试验(Drop weight tear test,DWTT)性能的影响,通过趋势性回归,找出各种元素影响DWTT韧性剪切面积的规律。分析表明,要得到良好的DWTT韧性剪切面积(在85%以上),各元素合理控制范围w_C≤0.075%,w_(Mn)≤1.80%,w_(Nb)≤0.08%,w_V≤0.05%,w_(Ti)≤0.015%,w_(Cu)≤0.2%,w_(Cr)≤0.3%,w_(Mo)≤0.3%,w_H≤2×10-4%,w_O≤30×10^(-4)%,w_N≤60×10^(-4)%,w_P≤0.013%,w_S≤0.002%。在实践生产中提出最经济、最优化的生产管线钢的成分方案,对我国钢厂和石油公司在管道设计时具有积极的指导意义。

X70厚壁海管DWTT减薄试样与全壁厚试样的对比分析

使用常规落锤试验机与大能量摆锤冲击试验机两种机型,对准762 mm×31.8 mm X70MO直缝埋弧焊厚壁海管进行了DWTT减薄试样(单面减薄及双面减薄)与全壁厚试样系列温度试验,利用Boltzmann函数对试验数据进行了拟合,得出了试验温度与断口剪切面积的关系曲线,确定了减薄试样与全壁厚试样的韧脆转变温度,对其进行了对比分析。结果验证了厚壁钢管使用减薄试样时,应降低相应的试验温度;同时得出在相同试验温度下,单面减薄试样的试验结果优于双面减薄试样(壁厚中心试样)等结论,并提出了相关建议,希望对以后的试验研究有借鉴作用。

大壁厚大口径X80M管线钢DWTT性能的控轧工艺试验研究

利用光学显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、落锤试验机等检测方法,对5种轧制工艺试制的大壁厚大口径高强韧X80M管线钢进行了金相组织、有效晶粒度、晶界特性、相分析及落锤撕裂试验(DWTT)性能的对比分析。结果表明,粗轧采用低温轧制,并保证道次压下率及轧后充分再结晶,可以减小奥氏体再结晶晶粒尺寸、提高奥氏体再结晶晶粒均匀性;精轧采用较小道次变形并充分回复后再变形的“回复-变形”的轧制方式,可以提高{112}取向晶粒数量、细化有效晶粒尺寸、增加大角度晶界比例、减少粗大马奥岛的数量和尺寸。采用该粗轧和精轧工艺,壁厚为30.8 mm、管径为1 422 mm的X80M管线钢-20℃温度下的全厚度DWTT性能达到94%,高于85%的工程应用验收要求。