Numerical study on the strain capacity of girth-welded X80 grade pipes

Strain capacity is an important performance indicator for designing and evaluating high-grade steel pipelines.Due to the inhomogeneity of material properties in welded structures,girth welds are one of the main factors that restrict the strain capacity of pipelines.In this paper,girth-welded pipes with cracks in the inner surface of the weld have been studied,and the ductile crack initiation and propagation behavior have been simulated using the Gurson model.The corresponding nominal strain at the onset of crack initiation was defined as the characteristic value of strain capacity.The influencing factors on the strain concentration area,strain concentration factor,and strain capacity of girth-welded pipes were quantitatively analyzed.A semiempirical calculation formula for the strain capacity of typical girthwelded X80 grade pipes has been proposed as a function of the crack size,mismatch coefficient of the weld,and softening degree of the heat affected zone(HAZ).This study can facilitate the defect assessment of girth-welded pipes.

X80钢级弯管母管典型问题及解决方法

探讨了X80钢级弯管母管中添加的主要合金元素及其作用,介绍了现阶段X80钢级大壁厚弯管母管在生产过程中和机械性能检测时常出现的一些典型问题,包括母管加热后缩径、屈强比超标,焊接热影响区冲击性能不合格等,分析了造成这些问题的主要原因,并给出了具体的解决途径:适当放大母管外径,对热煨弯管进行扩径;用热模拟试验验证的方法验收母管;焊接母管时,采用低热输入量或多层多道焊接方式等。

热输入对X80级气保护药芯焊丝焊缝金属组织性能的影响

为了提高管道气保药芯焊丝自动焊(FCAW-G)环焊缝的性能,为现场焊接焊材选用和工艺参数制定提供指导,采用实际焊接试验、力学性能测试、显微组织分析等方法,对不同热输入下的X80管线钢气保药芯自动焊焊缝金属的强度、韧性分布规律及组织特征进行了研究。试验结果表明,热输入对X80气保护药芯焊丝焊缝金属显微组织及性能有显著的影响。X80气保药芯焊丝焊缝金属的组织构成主要由针状铁素体AF、多边形铁素体以及粒状贝氏体GB组成,随着热输入的增大,所有的晶粒尺寸有长大的趋势,且准多边形铁素体和多边形铁素体增多,针状铁素体减少;焊缝金属低温冲击韧性呈现先升后降的趋势,当热输入为1.2 kJ/mm时,达到最大值;在大热输入下,焊缝组织粗化,导致焊缝金属强度和断裂韧性降低。综合性能分析结果,当焊接热输入为1.2 kJ/mm时,X80气保药芯焊丝焊缝金属综合性能最佳。

回火温度对X80钢级热煨弯管组织性能的影响

采用热模拟试验方法、力学性能测试技术及显微分析技术研究了回火温度对X80钢级热煨弯管组织性能的影响规律。结果表明,当回火温度区间为550～650℃时,贝氏体铁素体及粒状贝氏体中板条宽化现象的增强及沉淀强化效应的降低不利于其强度的提高。位错亚结构的变化,Nb、V、Ti的碳、氮化物对位错及亚晶钉扎作用的降低及板条间M-A组元的逐渐分解等组织因素有利于其韧性的提高。当回火温度升高到700℃时,组织中板条宽化现象进一步增强,部分组织发生再结晶而出现多边形铁素体,以及位错密度的降低导致了材料强度和韧性的快速下降。综合考虑X80热煨弯管的强韧性,适宜的回火温度为650℃×1 h。

热输入对X80焊缝金属低温冲击性能的影响

研究了热输入对X80级管线钢埋弧焊焊缝金属的显微组织、硬度和低温冲击性能的影响。结果表明,热输入对焊缝金属显微组织和力学性能性能有显著的影响。随着热输入增大,焊缝柱状晶宽度增大,焊缝中针状铁素体板条有粗化的趋势;焊缝金属硬度值随着热输入增大而降低;低温冲击吸收功先升高后降低,热输入为31kJ/cm时焊缝金属低温冲击性能最好。

基于有限元分析的X80高钢级管道剩余强度计算公式构建

为了更加精确地计算X80高钢级管道剩余强度,以有限元分析理论基础为依据,采用ANSYS WORKBENCH软件对含腐蚀缺陷的X80高钢级管道进行仿真模拟。基于X80高钢级管道有限元模型计算结果,选用1st Opt软件,用拟合的方法构建出以腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷深度、管径、壁厚等因素为变量的X80高钢级管道剩余强度计算公式,将拟合公式与PCORRC,DNV RP-F101和LPC-1等3种评价方法的准确性进行对比、验证和分析。结果表明:拟合公式的误差较小,具有较好的适用性。研究结果对改进现有评价方法具有参考作用。

国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向

介绍了国内外油气管道及高钢级管材的发展情况,国内在X80级管线钢应用基础研究和产品开发方面所开展的工作,及X80级管线钢管的质量状况。分析了X80级管线钢应用中应关注的几个问题。指出:①大口径高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势;②我国实施X80钢级管道工业性工程应用的条件已经基本成熟;③为确保X80级管道的安全可靠,在借鉴国际上先进成功经验的基础上,应进一步加强X80级管线钢应用基础研究和相关的技术攻关。

X80级管线钢的各向异性特征

通过对X80级管线钢不同方向拉伸性能、金相硬度、金相组织的试验和分析,得出了X80级管线钢的各向异性特征:横向强度大于纵向强度,纵向韧性优于横向韧性。并对该特征进行了分析讨论。

X80级管线钢、钢管技术条件制订中的关键技术问题

在成功研究、制订西气东输用X70级针状铁素体型管线钢、钢管技术条件的基础上,结合“X80级管线钢管应用工程”具体情况,通过大量试验研究,编制了X80级管线钢、钢管“技术条件”。就X80级管线钢、钢管“技术条件”中几个关键技术问题,如X80级针状铁素体型管线钢的成分、组织、力学性能等的确定原则进行了论述。通过钢铁公司、制管厂的实践应用和对产品的检测,证明X80级管线钢、钢管“技术条件”不仅满足工程要求,而且也适应生产情况。

特厚规格X70和X80级热轧卷板的开发与应用

介绍了鞍钢股份有限公司采用低碳高铌针状铁素体组织设计、在中等厚度连铸坯连铸连轧生产线上研制开发特厚规格X70和X80级管线钢热轧卷板的情况。对热轧卷板组织和力学性能试验分析表明,组织为针状铁素体混合组织,晶粒细小均匀,夹杂少,带状组织轻微,析出物均匀弥散,有高强度和良好的低温韧性。已应用于川气东送和西气东输二线等国家重点工程。

X70、X80钢级直缝埋弧焊管研发

针对国家重点高强度管道建设工程的需要,通过对原料化学成分设计、制管成型与焊接关键技术、匹配焊接材料的研制开发,使生产的X70、X80直缝埋弧焊管产品已经延伸到了断裂带、地震、滑坡等恶劣地质,并向着深海领域纵深方向发展。通过对低碳多元微合金化成分设计方法技术、控制轧制和特殊的在线冷却技术等研究,实现了具有大变形特点的"铁素体+贝氏体"双相组织,在国内首次成功开发出了国产X70、X80级大变形板材,并在中缅管道实现了批量化应用,打破了欧美、日本等钢管企业长期以来在基于应变直缝埋弧钢管高端产品的技术封锁与垄断。与国外同类产品相比性能相当,且经济性更好。

X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布

研究了X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布。结果表明,X80级管线钢在焊接过程中形成的热影响区由不同温度下形成的梯度组织组成。焊接加热温度为1 300℃时所形成的粗晶区韧性最低,是受焊区的薄弱环节。950℃以下的焊接热过程,对管线钢的韧性没有大的损害。引起热影响区性能恶化的主要原因是高温引起的晶粒长大以及由于晶粒粗大而引起上贝氏体等非平衡低温转变产物的增多。

不同热煨工艺对X80级弯管焊接粗晶区组织和性能的影响

采用Gleeble-3500热模拟机模拟X80级弯管焊接粗晶区实际焊接热过程,并通过硬度测试、夏比冲击试验、扫描电镜观察等分析方法对不同热煨工艺处理前后的X80级弯管焊接粗晶区力学性能和显微组织进行了研究。结果表明,X80级弯管焊接粗晶区组织主要以粗大的GB+BF为主,冲击功仅为67 J,焊接热循环高温热过程产生的粗大组织是导致焊接粗晶区低温韧性较差的主要原因。而在经过860℃淬火+550℃回火热煨处理后X80级弯管焊接粗晶区低温韧性得到显著改善,此时组织主要以细小的AF和BF板条为主,冲击功为201 J。弯管焊接粗晶区韧性改善主要得益于热煨过程中所产生的晶粒细化效应。因此,建议实际生产中选用860℃×10 min淬火+550℃×90 min回火作为X80级弯管热煨弯制的最佳工艺匹配。

X80管线钢焊接热影响区在含S^(2-)介质中的耐蚀性分析

采用三电极电化学测试方法研究了H06H1和H05MnNiMo两种焊丝对X80管线钢焊接接头热影响区在Na2S介质中的耐蚀性.结果表明,热影响区的金相组织为针状铁素体+粒状贝氏体,晶粒细小.焊接接头的热影响区在温度为20~60℃,Na2S质量分数为1.0%~2.0%的范围内,随着Na2S质量分数的增大和温度的升高,腐蚀速率加大,腐蚀速率在0.24~0.81 mm/a的范围内,腐蚀过程为阳极极化控制的腐蚀体系.在温度达40℃以上,出现阳极扩散控制的腐蚀过程.

X80级管线钢管工程应用的几个问题

在对国内外大量文献和实际管道建设情况调研分析的基础上,结合国内X80级管线钢管的研究开发和产品试制结果,对我国管道界普遍关心的X80级管线钢管工程应用中的几个问题进行了论述。结果表明,采用高压输送及选用高钢级管材可以大量节约建设成本,是天然气管道发展的重要趋势。X80级已是国际上成熟的和标准的管线钢钢级,国际上在管道设计、生产、施工和运营等方面已有成熟经验。国内经过几年的研究开发首批试制的X80级管线钢管质量指标满足要求严格的X80级管线钢管应用工程标准要求,钢管实物质量与国外同类产品处于同一水平。国际上对输送普通天然气的X80级管道的断裂控制问题已经解决,根据对X80级管道启裂韧性和止裂韧性的分析研究及管道运行安全性的分析,用减薄壁厚的X80级替代X70级是安全的,也是可行的。未来X80级管线钢管在国际上的应用将会越来越广泛。实施X80级管线钢管工程应用是十分必要的。建议在未来大口径高压输气管线中优先选用X80级管线钢管。

高韧性针状铁素体X80级管线钢的试制

简要介绍了宝钢试制的以针状铁素体组织为特征的X80级管线钢热轧板卷。采用超低碳、微合金化和Mo的低合金化成分设计,结合纯净钢冶炼技术和适当的热机械控制工艺得到具有针状铁素体组织的高强度、高韧性X80级管线钢。用其制造的焊管具有满足API5L规范X80级钢的高强度,在-20℃低温下具有大于 220J的夏比冲击韧性和优良的抗动态撕裂能力,适用于高压大口径输气管线的建设。

X80管线钢焊接性能试验研究

焊接性能是衡量管线钢性能的一项重要指标。针对武钢新近开发的高性能X80管线钢进行了焊接性能研究。在常温及100℃内预热进行焊接热影响区最高硬度试验及小铁研试验,结果表明,X80钢淬硬倾向小,裂纹敏感性低;采用武钢开发的焊接材料进行焊接,气保焊及埋弧焊焊接接头具有优良的力学性能,显示出X80钢及所用焊接材料优良的焊接性能。

武钢X80级热轧厚板卷的试制与生产

介绍了武钢X80级热轧厚板卷的生产设备、生产工艺控制。分析了X80级钢的化学成分和金相组织。对X80级热轧板卷及用其所试制的螺旋埋弧焊管的拉伸、冷弯、硬度、系列温度冲击韧性、DWTT等性能进行了测试。结果表明,武钢采用控轧和强制加速冷却工艺生产的 17. 5mm和 15. 3mm厚X80级热轧板卷强韧性高,焊接性能良好;组织为针状铁素体加少量弥散分布的岛状组织,其性能和组织符合API5L和中国石油天然气集团公司对X80级管线钢的标准要求,可满足X80钢级螺旋焊管的制管要求。

X80钢级直缝埋弧焊管力学性能研究

通过对X80高钢级直缝埋弧焊管力学性能试验研究,得到了各项力学性能参数,并对其数据进行了分析。研究表明:新开发的X80级管线钢力学性能已达到APISPEC5L标准,但需要进一步优化焊接工艺,提高焊缝的冲击韧性。

外径1422 mm、X80高钢级输气管道的消磁技术

油气管道组对焊接过程中,管端管口处经常存在着剩磁,当剩磁较大时易发生磁偏吹,有可能影响焊接施工进度和焊接质量。中俄东线天然气管道工程首次采用外径1 422 mm大口径、X80高钢级管道,现有的消磁方法和消磁设备对其适用性难以确定。为此,通过分析管道剩磁产生的机理,探讨了不同消磁技术的原理和优缺点,选取直流消磁技术开展现场试验,分析了国内外典型直流消磁设备的消磁能力,进而开展了磁感应强度对焊接影响、经验判断方法和空间分布规律试验。研究结果表明:①现有的直流消磁设备消磁能力差异较大,试验所选用的A型号直流消磁设备针对外径1 422 mm、X80管道最大消磁能力可达490 mT,并且具有电压补偿功能,消磁能力和稳定性较高,而其余设备的消磁能力则相对较弱,难以满足大口径、高钢级输气管道强磁力情况下的现场消磁需求;②直流焊机以及永磁铁等消磁方法的消磁能力较弱,可以作为在施工现场没有专用消磁设备时的一种备选消磁法,仅适用于磁感应强度较低、局部开展消磁的情况;③为了确保焊接质量,实际作业过程中,当管口剩磁小于5 mT时方可进行焊接作业,此时剩磁对焊接影响可忽略;④剩磁在管端轴向和周向上分布不均匀,现场消磁时需局部调整。结论认为,该研究成果可以为大口径、高钢级输气管道消磁及焊接作业提供支撑。