高鋼級油氣管線鋼的斷裂韌性研究

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1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文高鋼級油氣管線鋼的斷裂韌性研究姓名：曹歡申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師：苗張木20091201摘要近年來，石油和天然氣的輸送壓力以及輸送管道管徑越來越大，管線的鋼級不斷提高。我國從西氣東輸項(xiàng)目起開始采用高鋼級管線X70，接著X80、X100以及X120等高鋼級的管線鋼相繼研制開發(fā)。管線鋼的斷裂韌性評定，過去一般采用夏比沖擊(CVN)試驗(yàn)。隨著管線鋼級的提高，以CVN值作為質(zhì)量驗(yàn)收和韌性評價的標(biāo)準(zhǔn)已不再合適了，因?yàn)镃VN試驗(yàn)的加載速率與管道運(yùn)行過程中的實(shí)際載荷相差很大，測出的韌脆轉(zhuǎn)變溫度較實(shí)際為高。本文在理論上，對比所有用于管線鋼的斷裂

2、韌性參數(shù)，包括傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)變溫度試驗(yàn)方法、線彈性及彈塑性斷裂韌性參數(shù)，得出結(jié)論：CVN和DWTT(落錘撕裂)試驗(yàn)都是沖擊試驗(yàn)，對試樣的加載速率與管線的實(shí)際受力相差甚遠(yuǎn)；線彈性斷裂韌性參數(shù)KIc不適用于斷裂時出現(xiàn)大變形的管線鋼；J積分和CTOD試驗(yàn)有嚴(yán)密的理論或試驗(yàn)基礎(chǔ)，是評價高鋼級管線鋼斷裂韌性最合適的參數(shù)。本文在試驗(yàn)中，研究了武漢鋼鐵公司新研發(fā)的X80管線鋼的CTOD和J積分性能，為研究高鋼級管線的斷裂行為和工程應(yīng)用提供依據(jù)。1．在X80管線鋼板上分別沿縱向和橫向各取六個試樣，缺口均沿厚度方向，在0。C下進(jìn)行CTOD試驗(yàn)，測縱向試樣的CTOD特征值，六個試樣的CTOD值

3、均大于DNV-OS．F101規(guī)定的最小值0．2mm，即X80管線鋼板0。C下的低溫韌性滿足工程使用要求；橫向試樣擬合其6一△a阻力曲線，方程為6=0．5692Aa+0．1200，得出橫向試樣的啟裂韌度6。，為0．234mm。2．在常溫26℃下，對X80管線鋼板分別沿縱向和橫向各取三個試樣，缺口沿厚度方向。用雙引伸計(jì)法，測試縱向和橫向試樣各自的J積分與CTOD關(guān)系，分別為：橫向J=1．61t56。，縱向J=1．5566。,3．分析兩種溫度下的試樣斷口，均有分層裂紋現(xiàn)象出現(xiàn)，縱向試樣出現(xiàn)分層裂紋的數(shù)量及裂紋擴(kuò)展程度大于橫向試樣，表明X80鋼板存在各向異性。0。C下橫、縱向

4、試樣斷口出現(xiàn)分層裂紋的數(shù)量及擴(kuò)展寬度均大于26℃時，表明分層裂紋隨試驗(yàn)溫度的升高，出現(xiàn)的數(shù)量以及擴(kuò)展的程度下降。分層裂紋均在厚度中間的缺口根部產(chǎn)生，且沿垂直于缺口的方向擴(kuò)展，說明X80管線鋼板沿厚度方向的中間部位存在組織不均勻性或微觀缺陷，所以試驗(yàn)過程中裂紋首先沿中間層缺陷處開裂并沿垂直于力的方向擴(kuò)展，直至出現(xiàn)分層裂紋。關(guān)鍵詞：管線鋼，CTOD，雙引伸計(jì)法，J-CTOD關(guān)系，分層裂紋AbstractWiththetransmissionpressureandoutsidediametersofoilandgaspipelinesincreaseinrecentyear

5、s，thegradeofpipelinesteelisincreasing．X70pipelinesteelWasfirstusedinwest-eastgasproject，thenhigher—gradepipelinesuchasX80，X100andX120havebeendevelopedandutilized．Inthepast，theCharpyVNotch(CVN)testWaSgenerallyusedtoevaluatefracturetoughnessofpipelinesteel．Withtheincreasinginpipelinesteel

6、grade，CVNvaluesarenolongerappropriateasthequalityevaluationcriteriaforpipelinesteel．TheloadingrateofCVNtestisfarawayfromtheactualloadintheprocessofpipelineoperation．Theductile-brittletransitiontemperaturemeasuredbyCVNishigherthantheactual．Intheory,allparametersthatusedforevaluatingfract

7、uretoughnessofpipelinesteelwerecomparedinthispaper,includingthetraditionalductile-brittletransitiontemperaturetestingmethods．planestrainfracturetoughnessKIcundertheconditionsoflinearelastic，aswellasJ-integralandcracktipopeningdisplacement(CTOD)undertheconditionsofelastic—plasti