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。

X100钢管腐蚀剩余强度评价方法研究

为满足长输油气管道经济性的需求,钢管向着超高级别的方向发展,因此对X100、X120等超高级别钢管的安全性评估具有重要意义。介绍了Modified B31G规范、DNV-RP-F101规范和PCORRC方法中腐蚀管道剩余强度的评价方法,并用这3种方法与有限元法对13组含腐蚀缺陷X100钢管爆破试验数据进行计算分析,定量分析两种参数对失效压力的影响。结果表明,有限元模型预测结果准确性和数据集中性好,适用于X100腐蚀钢管剩余强度的评价。Modified B31G规范和PCORRC方法均有不同的适用范围,而DNV-RP-F101规范已完全不适用。建议在工程实际中遇到Modified B31G规范和PCORRC方法不适用的情况时采用有限元方法。

X100钢管补焊焊接工艺实验与数值模拟研究

通过工艺实验研究了X100钢管补焊焊接方法的焊接工艺性能,运用数值模拟技术对补焊焊接方法的应力及温度场分布进行了分析,可为补焊焊接工艺优化提供数据参考。

基于应变设计的X100钢管的开发和生产

介绍了X100(690 MPa)高强度管线钢管在国际管线中的应用。提出了基于应变设计的X100管线管的具体要求。详细介绍了基于应变设计的X100管线钢板和钢管的开发与生产情况,并对所试制的X100管线钢管的各项性能及几何尺寸进行了检测。试验和检测结果表明,新开发钢管的各项性能满足设计要求,即较低的屈强比、足够的均匀伸长率以及具有圆屋顶形状的应力-应变曲线等;钢管的几何尺寸精度高,钢管的椭圆度偏差较低,壁厚分布范围较窄。

X100钢管落锤撕裂试验的断口表征与分析

落锤撕裂试验(DWTT)断口形态是油、气管线钢管断裂控制的重要表征。确定应力状态、服役温度和材料结构对X100钢管DWTT断口形态的影响规律,建立DWTT断口形态与X100钢管断裂行为之间的关系,对X100钢管的断裂控制和服役安全具有重要意义。采用DWTT对比研究了人字形和压制V形两种不同缺口类型下,X100钢管母材和X100焊缝两种材料在系列温度下的断口形貌,探讨了缺口类型、材料、温度对DWTT断口形态的影响。结果表明:与压制缺口试样相比,人字形缺口试样的断口有较多的起裂解理和断口分离,较少的逆向解理断裂、延性断裂和剪切唇;与室温相比,低温断口有较多的起裂解理,较少的延性断裂和剪切唇,同时,随着试验温度的降低,断口分离长度和逆向解理断裂面积呈先增大后减小的变化趋势;与焊缝相比,母材断口有较少的起裂解理和逆向解理,较多的延性断裂和剪切唇,断口分离发生于母材中。

X100管线钢管埋弧焊焊接接头性能分析

对X100管线钢管直缝双面埋弧焊接头进行了微观组织、显微硬度、拉伸及冲击试验。试验结果表明:X100管线钢双面埋弧焊焊缝金属的显微硬度高于母材,热影响区的显微硬度低于母材,焊接接头存在HAZ软化问题;横向焊接接头的抗拉强度满足ISO 3183—2007的要求,抗拉强度值高于母材纵向,但低于母材横向;埋弧焊焊缝金属的韧性良好,韧脆转变温度为-53℃;焊接热影响区的韧性较差,韧脆转变温度约为7℃。

预变形及应变时效对X100管线钢管性能的影响

通过对X100管线钢管在不同预变形量和时效温度下所做的拉伸试验和冲击韧性试验结果的分析,研究了预变形和时效温度对X100管线钢管性能的影响。试验结果表明,预变形明显提高了X100管线钢管的屈服强度、抗拉强度和屈强比,使材料的塑性和冲击韧性明显降低;应变时效对钢管纵向性能影响较为明显,纵向屈服强度、抗拉强度明显升高,而横向屈服强度、抗拉强度变化较小。

X100高强度管线钢管组织性能及焊接性能研究

通过万能材料试验机及光学金相、SEM(扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)等手段,研究了X100管线钢管的力学性能及组织构成。分析表明,钢管管体主要为粒状贝氏体及少量多边形铁素体混合组织,具有良好的强度和韧性;X100管线钢的热敏感性较大,在焊接热循环作用下过热区的组织更容易长大,造成热影响区发生软化和脆化,成为X100管线钢管的薄弱环节。同时研究了X100管线钢焊接接头采用低匹配的可能性。

海工用X100管线钢管的焊接工艺及接头质量分析

采用海洋平台建造中符合AWS D1.1标准的6GR位置特定坡口形式,利用焊条电弧焊(SMAW)单面焊双面成形工艺焊接某国产X100管线钢管。通过拉伸、冲击、弯曲试验检测接头的力学性能,通过光学显微镜对比分析X100管线钢焊接接头坡口两侧熔合线显微组织。结果表明,该公司生产上所用的X100管线钢管在6GR位置通过合适的预热及焊接热输入可以得到满足结构使用性能要求的焊接接头,但接头未开坡口侧在-40℃冲击时,冲击吸收能量相对较低,原因是未开坡口侧(直边)熔合线晶粒粗化严重,大晶粒晶界有相互连接趋势。