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。

卷取温度对18.4 mm X80M管线钢DWTT性能的影响

随着经济型管线钢的发展,冷却工艺控制对管线钢力学性能有着重要影响。通过观察18.4 mm厚的X80M管线钢在不同卷取温度下的断口形貌和显微组织,结合其CCT曲线,对比分析得出卷取温度与管线钢落锤撕裂性能的关系。结果表明:随着卷取温度的提高,准多边形铁素体含量增加,针状铁素体和粒状贝氏体比例降低,对落锤撕裂性能的降低有直接相关性;当卷取温度为350℃时,此成分下管线钢针状铁素体、粒状贝氏体比例高,准多边形铁素体含量很少,落锤撕裂面积均匀,落锤撕裂性能最好。

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。

显微组织对厚规格高强度管线钢DWTT性能的影响

以厚规格X80管线钢为试验对象,通过落锤撕裂试验和显微组织观察,研究了组织中多边形铁素体的含量和晶粒大小对DWTT性能的影响。结果表明,随着多边形铁素体体积含量的增加,DWTT的性能指标-断口剪切面积百分比呈先上升后下降的变化规律,且在多边形铁素体含量接近30%时达到峰值。当组织中多边形铁素体含量较多;超过40%以后,多边形铁素体的晶粒大小对DWTT性能有较大影响,晶粒尺寸小的DWTT性能明显较好。

DWTT与CVN测定X60管线钢SATT对比研究

采用昆钢炉卷轧机生产的不同规格X60管线钢，利用落锤撕裂试验（DWTT）和夏比冲击（CVN）两种试验方法进行试验，对试验数据按Boltzmann函数数学模型进行回归并绘制剪切面积转变温度曲线，测定剪切面积转变温度SATT。试验表明：两种试验方法测得的剪切面积转变温度SATT85％相差较大，夏比冲击法测得值更低；剪切面积转变温度随规格的增加而升高，与板材的显微组织及试样的“厚度效应”等因素有关。

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。

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。

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。

轧后冷却速率对22mm厚X80M热轧带钢组织和力学性能的影响

通过热模拟试验测定X80M管线钢铸坯的连续冷却转变(CCT)曲线,确定了合理的冷却速率范围;利用2250mm热连轧机组进行工业试制试验,研究了冷却速率(5,15,25℃·s^-1)对X80M带钢显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能的影响,确定了最佳冷却速率;在最佳冷却速率下进行22mm厚X80M带钢的批量生产,研究了其显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能。结果表明:当冷却速率为20~30℃·s^-1时,可得到有利于试验钢性能的由针状铁素体、粒状贝氏体和弥散分布M/A岛组成的显微组织;当冷却速率由5℃·s^-1提高到25℃·s^-1时,工业试制带钢组织中的M/A岛变得细小,分布更加弥散,最佳冷却速率为25℃·s^-1;批量生产X80M带钢的晶粒细小,组织均匀,其抗落锤撕裂性能、拉伸性能和冲击韧性均满足中石油管线采购要求。

落锤撕裂试验标准的研究与讨论

通过对我国落锤撕裂试验所用标准GB8363—1987和SY/T6476—2000的对比分析与研究指出,这两个标准在实际检测应用中存在的较大差异给管线钢的试验研究以及国产试验机的结构设计带来了一些问题,建议加快国家相关标准的修订工作,使其满足我国管道运输事业发展的要求。

控制冷却工艺对厚规格X60管线钢板落锤性能的影响

在不同的控制冷却工艺下开展了厚规格X60管线钢的工业试验,分析了不同工艺下厚规格X60管线钢的显微组织和落锤性能。结果表明：在试验条件下,精轧入口温度偏高导致在部分再结晶区轧制,试样中出现混晶组织,落锤性能不合格;中间点温度偏高时,心部冷却强度不足,先共析铁素体生长粗大,试样中出现混晶组织、带状组织、马氏体等异常组织,落锤性能不合格;采用超快冷工艺时,通过提高相变过冷度细化晶粒,最终形成针状铁素体组织,落锤性能合格。

落锤撕裂试验与大能量摆锤冲击试验的对比与分析

采用X70管线钢,对不同壁厚的落锤试样分别进行落锤试验和大能量摆锤冲击试验。对这两种试验方法结果进行对比,研究两种试验方法的剪切面积是否一致,以及剪切面积与吸收能量之间的关系。结果表明,两种试验的试样剪切面积基本一致;对大能量摆锤试样,剪切面积与吸收能量之间存在一定的关系,吸收能量随着剪切面积的增加而提高,其具体的关系还需要经过大量的试验才能建立数学模型;对不同厚度的大能量摆锤冲击试样,其吸收能量的比值与厚度的比值不一致。

EBSD技术在厚规格管线钢DWTT研究中的应用

利用电子背散射衍射（EBSD）技术和金相分析软件,结合DWTT性能测试,对3种厚规格X70管线钢板的微观组织、取向成像特点、有效晶粒尺寸和DWTT性能进行了分析。结果表明,3种管线钢的取向差分布均在2°~15°和47°~60°两区间,呈现＂双峰＂分布特点。铁素体基体与母相奥氏体间存在一定的取向关系是管线钢中晶界取向差＂双峰＂分布的主要原因。在针状铁素体或贝氏体为基体的显微组织中,引入适量细化的多边形铁素体可以降低其平均有效晶粒尺寸,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,反而会使有效晶粒尺寸增大。有效晶粒细化是提高试验钢DWTT断裂韧性的主要原因。

X90高强度管线钢的组织与性能

借助SEM和电子背散射衍射(EBSD)技术对一种低合金含量的X90高强度管线钢进行了显微组织分析,探讨了其显微组织与力学性能关系。结果表明:X90管线钢的显微组织为铁素体(F)+粒状贝氏体(GB),组织中较高的F含量会降低钢板强度;大角度晶界比率较高及有效晶粒尺寸较小时,钢板会获得较好的冲击性能;较高的全厚度方向组织均匀性和细小的铁素体晶粒尺寸会提高低温区间管线钢的落锤撕裂剪切面积,保证其良好的落锤性能。

高钢级X100管线钢的韧性和显微组织

通过OM、SEM、示波冲击和落锤试验研究了高钢级X100管线钢的显微组织、冲击和落锤断裂性能。结果表明,终冷温度为400℃时,试验钢具有更好的显微组织、冲击韧性和落锤断裂性能。400℃终冷试验钢组织均匀,LB、GB和M/A组元细小,原始奥氏体被LB板条束分割细化;终冷温度提高至520℃,试验钢组织均匀性变差,GB和M/A组元粗化,LB对组织的分割细化作用减弱。落锤断裂过程中,原始奥氏体晶界(PAGB)、LB和AF改变裂纹扩展方向,提高止裂性能。冲击试验温度降低,400℃终冷试验钢冲击吸收能量(E)、裂纹形成能(E1)、韧性扩展能(E2)和脆性裂纹扩展能(E3)变化不大。表征材料韧脆倾向的-60℃冲击(E2+E3)/E1值为2.83,呈韧性断裂;520℃终冷试验钢E、E1、E2和E3逐渐降低,-60℃冲击(E2+E3)/E1值为0.95,呈脆性断裂。

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。

基于裂纹尖端张开角的管道止裂控制研究进展

传统基于夏比冲击韧性的双曲线止裂控制模型对于高钢级管道已不再适用,对能源安全输送造成巨大威胁。裂纹尖端张开角(Crack Tip Opening Angle,CTOA)作为具有前景的止裂韧性参数,有望取代夏比冲击韧性形成新的止裂控制方法,但目前相关研究缺乏足够的进展与验证。为此,围绕基于实验室试样的CTOA标准化测试、CTOA测试结果的可转移性、基于CTOA的止裂控制方法3个方面对国内外研究进展进行了综述与剖析,指出当前各项研究存在的争议与不足,分析了后续研究的重点方向,以期推动中国管道止裂控制领域的研究进程及管道建设事业的发展。