【硕士论文】高钢级油气管线钢的断裂韧性研究.pdf

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1、摘要近年来，石油和天然气的输送压力以及输送管道管径越来越大，管线的钢级不断提高。我国从西气东输项目起开始采用高钢级管线X70，接着X80、X100以及X120等高钢级的管线钢相继研制开发。管线钢的断裂韧性评定，过去一般采用夏比冲击(CVN)试验。随着管线钢级的提高，以CVN值作为质量验收和韧性评价的标准已不再合适了，因为CVN试验的加载速率与管道运行过程中的实际载荷相差很大，测出的韧脆转变温度较实际为高。本文在理论上，对比所有用于管线钢的断裂韧性参数，包括传统的转变温度试验方法、线弹性及弹塑性断裂韧性参数，得出结论：CVN和DWTT(落锤撕裂)试验都是冲击试验，对试样的加载速率与管线的实

2、际受力相差甚远；线弹性断裂韧性参数KIc不适用于断裂时出现大变形的管线钢；J积分和CTOD试验有严密的理论或试验基础，是评价高钢级管线钢断裂韧性最合适的参数。本文在试验中，研究了武汉钢铁公司新研发的X80管线钢的CTOD和J积分性能，为研究高钢级管线的断裂行为和工程应用提供依据。1．在X80管线钢板上分别沿纵向和横向各取六个试样，缺口均沿厚度方向，在0。C下进行CTOD试验，测纵向试样的CTOD特征值，六个试样的CTOD值均大于DNV-OS．F101规定的最小值0．2mm，即X80管线钢板0。C下的低温韧性满足工程使用要求；横向试样拟合其6一△a阻力曲线，方程为6=0．5692Aa+0．

3、1200，得出横向试样的启裂韧度6。，为0．234mm。2．在常温26℃下，对X80管线钢板分别沿纵向和横向各取三个试样，缺口沿厚度方向。用双引伸计法，测试纵向和横向试样各自的J积分与CTOD关系，分别为：横向J=1．61t56。，纵向J=1．5566。,3．分析两种温度下的试样断口，均有分层裂纹现象出现，纵向试样出现分层裂纹的数量及裂纹扩展程度大于横向试样，表明X80钢板存在各向异性。0。C下横、纵向试样断口出现分层裂纹的数量及扩展宽度均大于26℃时，表明分层裂纹随试验温度的升高，出现的数量以及扩展的程度下降。分层裂纹均在厚度中间的缺口根部产生，且沿垂直于缺口的方向扩展，说明X80管线

4、钢板沿厚度方向的中间部位存在组织不均匀性或微观缺陷，所以试验过程中裂纹首先沿中间层缺陷处开裂并沿垂直于力的方向扩展，直至出现分层裂纹。关键词：管线钢，CTOD，双引伸计法，J-CTOD关系，分层裂纹AbstractWiththetransmissionpressureandoutsidediametersofoilandgaspipelinesincreaseinrecentyears，thegradeofpipelinesteelisincreasing．X70pipelinesteelWasfirstusedinwest-eastgasproject，thenhigher—grade

5、pipelinesuchasX80，X100andX120havebeendevelopedandutilized．Inthepast，theCharpyVNotch(CVN)testWaSgenerallyusedtoevaluatefracturetoughnessofpipelinesteel．Withtheincreasinginpipelinesteelgrade，CVNvaluesarenolongerappropriateasthecriteriaforpipelinesteel．TheloadingrateofCVNtestisfarawayqualityevaluati

6、onfromtheactualloadintheprocessofpipelineoperation．Theductile-brittletransitiontemperaturemeasuredbyCVNishigherthantheactual．Intheory,allparametersthatusedforevaluatingfracturetoughnessofpipelinesteelwerecomparedinthispaper,includingthetraditionalductile-brittletransitiontemperaturestrainfracture

7、toughnessKIcunderthetestingmethods．planeconditionsoflinearelastic，aswellasJ-integralandcracktipopeningdisplacement(CTOD)undertheconditionsofelastic—plastic．CVNandDWTT(dropweightteartest)aswellasKIcarenotfitforhigher-gr