大变形管线钢断裂行为概述

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1、大变形管线钢断裂行为概述第一章绪论1.1课题背景石油、天然气是现代社会经济发展的重要能源物质，是国家安全的重要战略物资。随着经济全球化趋势的发展，世界各国，对石油、天然气的需求量日益增加。在公路、铁路、航空、水运和管道5种运输方式中，管道运输是一种最经济、高效、安全、不间断的运输方式。管线输送作为油气能源的主要运输途径，其发展带动了世界油气管道建设的高速发展[1-2]。目前全世界石油、天然气输送管道的总长度已超过2.50106km，并以每年4104km～5104km的速度增加。随着边远油气田、极地油气田和海上油气田等恶劣环境油气田的开发，一种符合这种大位移环境特殊

2、要求的大变形管线钢成为管线设计与研发重要课题[1]。为适应管道的恶劣环境，要求管道材料在拉伸、压缩和弯曲载荷下具有较高极限应变能力和延性断裂抗力。这种管线钢能够防止管道因大变形而引起的屈曲、失稳和延性断裂的极限变形能力[3]。我国在十二五期间将进行西气东输三线、四线和五线等多条高压大口径天然气管线的建设。西气东输三线管道建设已于2012年10与16日正式启动，四线、五线的韧性研究和断裂控制已成为我国管道建设的瓶颈问题。因此，对X100管线钢断裂行为研究已成为重要课题。.1.2课题研究目的及意义管道运输是石油、天然气大规模且经济的输送方式。管道的发展从起初的工业管道

3、到现在，已经有一个多世纪，以前的管线建设离城市较近，地理环境和地质条件相对较好。但现如今发现的油田在大多在海洋和边远地区，并且其主要用户都集中在发达的城市和地区，因而长距离输送管道输送成为一种必然。随着近些年我国石油天然气长输管线的大面积建设，大管径、高压输送油气管道的建设难免要通过地质条件复杂的地表，管道敷设和管道服役面临重大考验。长距离输送管线要经过河流、山川、沙漠等复杂的地理环境，因此山体滑坡、地震地区和建筑施工等因素可能影响管线的正常运行，使管线位置发生大的移动、使管道发生大的变形。为了抵抗外界因素影响，保证管线安全运行，长距离管线采用高强度大变形钢管成为

4、管道工程的迫切需要[4]。天然气输送的发展，极地管线的开发、富气输送工艺的实施和高强度管线钢管的应用，对管线钢服役安全性提出了更高的要求，而管线钢的断裂行为正是一个重要研究环节。本文通过一种基于临界区加速冷却的方法对X100普通管线钢进行处理预期获得（B+F）双相X100大变形管线钢。进而对大变形管线钢的断裂韧性、电化学行为、硫化物应力腐蚀行为以及变形和断裂进行研究，探讨其机理、影响因素和提高其断裂性能的一些方法，为大变形管线钢的生产和应用提供一定的理论研究。本论文从大变形管线钢双相组织贝氏体+铁素体（B+F）的获取到其断裂行为分析研究，表明这种大变形管线钢在满足

5、了高强度、高韧性的同时具有较低的屈强比、较大的均匀伸长率和较高的形变强化指数，满足了大变形管线钢的基本要求；具有防止管线因大应变而引起的屈曲、失稳和延性断裂的极限变形能力，同时对断裂进行必要的预防措施，因此大变形管线钢是管道工程发展的迫切需要，也是传统油气输送管线结构材料的一个重要补充和发展[5-6]。第二章实验材料及实验方法2.1实验材料本论文选用国内某钢厂生产的X100管线钢。从卷板上取样进行化学成分分析，其中C、S元素用CS-444型分析仪测定，用RH-2定氢仪测定H元素，用RO-316定氧仪测定O元素，用TN-114定氮仪测定N元素，其余元素用Spectr

6、ovae-2000型直读光谱仪测定。试验钢的化学成分见表2-1。试验钢X100的显微组织如图2-1所示，可以看出X100管线钢是一种全贝氏体钢，其组织为粒状贝氏体和贝氏体铁素体（其中白色的组织为贝氏体铁素体，黑色的为粒状贝氏体）。..2.2双相组织的获取实验钢经过加热奥氏体化后组织为奥氏体和铁素体，保温后以一定的速度冷却至临界区(Ar3～Ar1)之间的不同温度，此时奥氏体将转变为贝氏体，因而在得到的最终组织，即含有贝氏体和铁素体的双相组织。热处理实验的尺寸为111180mm，均为横向试样，取于板厚中部（沿板厚方向两面对称加工）。热处理实验在箱式炉中进行，热处理的工

7、艺参数如图2-2所示。本文利用单向静拉伸实验，对试验钢的强塑特性进行了测试。单向静拉伸实验是工业上应用最广泛的金属力学性能实验方法之一。该试验方法的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的，并且常用标准的光滑圆柱试样进行实验。通过拉伸实验可揭示管线钢在静载作用下常见的三种失效形式，即过量的弹性变形、塑性变形和断裂，还可以标定出管线钢最基本的力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和其它拉伸性能指标。这些性能指标是评定和选用管线材料及其加工工艺的主要依据。一般说来金属材料在拉伸力的作用下完整的变形过程可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑

8、性变形和断