疲劳载荷作用下X80管线钢夹杂物的微观行为

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1、第３３卷第３期石油学报Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．３２０１２年５月ＡＣＴＡＰＥＴＲＯＬＥＩＳＩＮＩＣＡＭａｙ２０１２文章编号：０２５３－２６９７（２０１２）０３－０５０６－０７疲劳载荷作用下Ｘ８０管线钢夹杂物的微观行为李少华１１２曾燕屏仝珂（１．北京科技大学材料科学与工程学院北京１０００８３；２．中国石油集团石油管工程技术研究院陕西西安７１００６５）摘要：Ｘ８０管线钢是我国长输管线的主要用钢，其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜（ＳＥＭ）原位观测的方法，动态跟踪观察了拉－拉疲劳载荷作用下国产Ｘ８０管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过程，并计算

2、了影响Ｘ８０管线钢疲劳性能的临界夹杂尺寸。结果表明，非金属夹杂物能够导致Ｘ８０管线钢疲劳裂纹的萌生与扩展，疲劳裂纹首先在夹杂／基体界面的基体一侧萌生，然后向远离夹杂的基体中扩展；在拉－拉疲劳载荷作用下，Ｘ８０管线钢薄板疲劳裂纹的稳态扩展速率为１０－１０ｍ／ｃｙｃｌｅ量级；夹杂物尺寸越大，疲劳裂纹萌生越早，试样寿命越短。为了避免夹杂物对管线钢疲劳性能的危害，管线钢中夹杂物的尺寸应尽量控制在临界尺寸之内，尤其应避免出现带状夹杂物。关键词：Ｘ８０管线钢；非金属夹杂物；疲劳；裂纹的萌生与扩展；ＳＥＭ原位观测中图分类号：ＴＥ７３２．９文献标识码：ＡＭｉｃｒｏ－ｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｉｎｃｌｕ

3、ｓｉｏｎｓｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄｉｎｇ１１２ＬＩＳｈａｏｈｕａＺＥＮＧＹａｎｐｉｎｇＴｏｎｇＫｅ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＮＰＣＴｕｂｕｌａｒＧｏｏｄｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｐｅｃｉａｌｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄＳＥＭｉｎ－ｓｉｔｕｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｔｒａｃｅａ

4、ｎｅｎｔｉｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎ－ｄｕｃｅｄｂｙｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈａｐｅａｎｄｓｉｚｅｏｎｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄ－ｉｅｄ，ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｉｚｅｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｗｈｉｃｈｄｏｅｓｎｏｔｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｗａｓｔｈｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ－ｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔ

5、ｈａｔｔｈｅｎｏｎ－ｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎｃａｎｌｅａｄｔｏｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ．Ｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｓｉｎｉｔｉａｔｅｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｈｅｍａｔｒｉｘａｄｊａｃｅｎｔｔｏａｎｉｎｃｌｕｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｎｐｒｏｐａｇａｔｅｉｎｔｏｔｈｅｍａｔｒｉｘｆａｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎ．Ｔｈｅｓｔｅａｄｙ－１０ｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｉｓａｔ１０ｍ／ｃｙｃｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔｒｅｔｃｈ－

6、ｓｔｒｅｔｃｈｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄｉｎｇ．ＴｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｚｅｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ，ｔｈｅｅａｒｌｉｅｒｔｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｈａｒｍｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｔｏｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｔｈｅＸ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌｓｈｏｕｌｄｂｅｓｍａｌｌｅｒａｔｌｅａｓｔｔｈａｎｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｉｚｅ，ａｎｄｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｓｔｒｉｎｇｏｆｉｎ－ｃｌｕｓｉｏｎｓｓｈｏｕｌｄｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．

7、Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｘ８０ｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｅｅｌ；ｎｏｎ－ｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎ；ｆａｔｉｇｕｅ；ｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ；ＳＥＭｉｎ－ｓｉｔｕｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ管道输送是将石油天然气从遥远的开采地向最终材料，采用扫描电镜原位观测的方法，动态跟踪观察了用户端长距离输送的重要方式。近年来，随着管线的疲劳载荷作用下不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌服役环境越来越恶劣，疲劳断裂发生的几率逐渐增高，生、扩展乃至试样断裂的全过程