管线钢磁力耦合效应及在线无损应力检测

天然气管道服役期内的载荷变异、介质侵蚀、环境变化等诱发的集中应力使管道强度接近甚至超过设计值,形成安全隐患,而现有的检测手段很难实现在线无损应力检测。结合铁磁材料磁力学机理,开展了X80管线钢的磁力耦合效应微观特性试验研究,探讨了应力引起磁畴结构变化的机理。以X80管线钢圆棒试样为研究对象,设计了基于磁力耦合效应的在线无损应力检测装置,提出了X80管线钢磁力耦合效应应力检测的理论基础及应用方法,并对试验数据进行了分析。结果表明:①在单向拉/压应力作用下,管线钢试样应力变化诱发磁畴结构的改变,从而使受拉方向上的磁化强度增大,使受压方向的磁化强度减小;②恒定加载速率下,在弹性变形阶段,X80管线钢圆棒试样的拉/压应力与通过其截面的感应磁通量之间基本呈现线性关系;③试验得出的X80管线钢试样各种工况的感应磁通量-应力关系吻合较好,精度能满足工程要求。基于管线钢的磁力耦合效应,以感应磁通量为参量建立的磁力本构模型能准确地反映服役管道应力变化,为在线无损应力检测提供了新方法。     

西气东输二线X80管线钢焊接失效性分析

该文结合西气东输二线X80管线钢焊接实例,从分析焊接失效处的原因出发,进一步论证X80管线钢在焊接过程中需要遵循的技术规范,以提升X80管线钢焊接性能.     

超快速冷却温度对高铌X80管线钢组织和性能的影响

对比观察不同超快速冷却温度下生产的高铌X80管线钢的显微组织和析出物,研究其组织和性能的对应关系,并分析了Nb在X80管线钢中的强化机理。结果表明,利用高Nb微合金化进行控制轧制,采用低超快速冷却温度有效提高钢材抗拉强度,获得了低屈强比X80管线钢,可应用于抗大变形管线钢的制造。     

X80输气管线悬空状态下的安全评价

X80管线在我国西部恶劣复杂的环境中运行时,各类地质灾害经常造成管道悬空现象,严重影响管道的安全运营。在万能材料试验机上对X80管线进行拉伸试验,得其本构关系,为仿真计算提供依据。借助弹性地基理论、Winkler假定对悬空管道力学模型进行分析,应用基于应变准则的失效判据来判断管道的安全状态,并用有限元软件ABAQUS对X80悬空输气管道的安全状态进行模拟与分析。结果表明:最大应力、应变及挠度与悬空长度、管径比(D/t)呈正相关;悬空管道的危险点,位于埋设段与悬空段交汇处。这些结论为悬空管道的安全评估提供了一定的理论基础。     

高钢级钢管和高压输送：我国油气输 送管道的重大技术进步

近年来,我国管道企业和相关科研院所联合攻关,取得了一批关键技术成果,这些成果包括：研制了X70,X80钢级高性能管线钢及焊管、管件;突破国际上螺旋缝埋弧焊管的使用禁区,确立了具有中国特色的“大口径高压输送主干线螺旋埋弧焊管与直缝埋弧焊管联合使用”的技术路线;在国内首次研究了高压输气管道动态断裂与止裂问题,采用Battelle双曲线模型预测了西气东输和西气东输二线等管道延性断裂的止裂韧性;在国内首次研究了油气管道基于应变的设计方法,解决了该设计方法及抗大变形管线钢管在强震区和活动断层管段应用的技术难题;解决了高强度焊管的腐蚀控制和应变时效控制等技术。     

Cl^-对X80管线钢在NaHCO3溶液中腐蚀性能的影响

采用动电位极化方法研究了在0.5mol·L-1 NaHCO3溶液中Cl-对X80管线钢腐蚀行为的影响,并通过电容测量方法对其腐蚀机理进行了探讨.实验结果表明:Cl-使X80管线钢在0.5mol·L-1 NaHCO3溶液中发生了点腐蚀,且随着溶液中Cl-含量增加,腐蚀坑的数量增多,腐蚀坑的直径增大,降低了X80管线钢的耐腐蚀性能.Mott-Schottky分析表明:随着溶液中Cl-含量增加,X80管线钢钝化膜内的施主密度随之增大,增加了X80管线钢钝化膜局部破裂和腐蚀萌生的潜在位置,从而使其耐腐蚀性下降.     

X70管线钢焊接工艺研究

X70是一种微合金高强度管线钢,起源于上个世纪的70年代的国外。本文通过对巴西管线建设中X70管线钢的自动焊工艺的系统分析,进行了优势对比和特性探究,以便改进我国的管线自动焊焊接施工工艺,提高我国管线建设技术。     

X100管线钢管对7.62 mm穿甲弹抗侵彻性能的数值预报

由于局部恐怖袭击的威胁,油气管道对极端冲击载荷的防护备受关注。采用有限元计算的方法,在ABAQUS中建立直径1219 mm,壁厚14.8 mm的X100管线钢管对于7.62 mm穿甲弹钢芯弹垂直正撞击的计算模型,对其抗侵彻性能和失效机理进行研究。计算中初始撞击速度介于600～1000 m/s,X100钢的力学行为通过Johnson-Cook本构模型和断裂准则表征。获得了不同撞击速度下子弹的剩余速度和管线钢管的失效机理,并拟合得到了弹道极限。计算结果显示:钢管的失效模式为延性扩孔;弹道极限为685.7 m/s。其弹道极限小于步枪子弹的发射速度,应采用额外措施以提升该管道对于局部撞击的防护性能。     

B+F双相X80管线钢模拟海水环境中慢应变拉伸各向异性研究

为研究B+F双相X80管线钢各向异性对安全服役的影响,采用金相扫描电镜观察、慢应变拉伸法和电化学极化法,在模拟海水环境中,与轧制方向呈0°,45°,90° 3种不同角度试样的B+F双相X80管线钢的慢应变拉伸和极化行为进行了分析。结果表明：双相X80管线钢组织由多边形铁素体和板条状贝氏体组成,铁素体和贝氏体含量近似为1∶1;在模拟海水环境慢拉伸条件下,B+F双相X80管线钢与轧制方向呈不同角度试样的屈服强度随取样角度的增大明显降低,说明海水对B+F双相X80管线钢具有明显的应力腐蚀作用;与轧制方向呈0°试样的X80管线钢的慢应变拉伸应力与应变曲线呈圆顶状,屈服强度和抗拉强度均最高,屈强比为0.81,均匀伸长率为13.4%,可以满足使用要求;与轧制方向呈90°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流最大,耐海水腐蚀性能最差;与轧制方向呈45°试样的双相X80管线钢的自腐蚀电位最正,耐蚀性最优。研究B+F双相X80管线钢在模拟海水中的慢应变拉伸各向异性,可提高其安全服役性,对大变形管线钢的实际生产具有一定的借鉴价值。     

X100管线钢在微生物腐蚀环境下的延性裂纹止裂可靠性研究及失效分析

基于管线钢的环向应力、断裂韧性及腐蚀速率,建立了天然气管线钢在微生物腐蚀环境下延性裂纹止裂可靠性的预测方法,获得不同微生物腐蚀速率对X100管线钢的止裂韧性和止裂可靠性随使用年限增长的变化规律。对X100管线钢延性裂纹扩展失效模式和强度失效模式进行了分析,并基于两种失效模式对X100管线钢的允许使用年限进行了预测,且强度失效所预测的管线钢使用年限要多于延性裂纹扩展失效得出的使用年限,表明X100管线钢的延性裂纹失效风险概率要高于强度失效,在进行安全评估时应优先考虑延性裂纹扩展导致的管线失效模式。     

超快冷对X80管线钢屈强比的影响

对超快冷条件下X80管线钢屈强比的影响因素进行了系统研究;结合光学电镜、扫描电镜和透射电镜对冲击断口和组织的观察,得出了超快冷条件下低屈强比X80管线钢强韧性匹配的最优工艺.结果表明:随着超快冷终止温度的降低,实验钢强度和屈强比均呈升高趋势;超快冷终止温度为655℃时,实验钢组织由针状铁素体、贝氏体和M/A岛组成,强韧性匹配良好;在"超快冷+空冷+层流冷却"的冷却模式下,随着空冷时间的延长,实验钢的屈强比逐渐降低;超快冷的应用在提高实验钢强度的同时有利于实现X80管线钢的低屈强比,为高级别的抗大变形管线钢的开发奠定了基础.     

组织形貌对X80管线钢性能影响

通过光学显微镜和透射电镜对不同工艺生产的X80管线钢的微观组织、位错形态及析出相等进行了对比分析.结合力学性能检测,研究了X80组织形貌对力学性能的影响.研究表明,针状铁素体晶粒大小、析出相分布、位错密度及位错形态对材料强度、韧性、脆性转变温度有明显的影响,通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化等综合强化方式获得了综合力学性能良好的X80管线钢.     

X80管线钢的组织与性能研究

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究.实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16 mm厚的X80管线钢的屈服强度达到670 MPa以上时,其屈强比低于0.85,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配.细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性.X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb,Ti(CN)为主,尺寸较大(50~200 nm);另一种以NbC为主,尺寸细小(小于30 nm).这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用.     

Research and Development of X70 with an Acicular Ferrite Microstructure for West-East Pipeline Project

It is introduced in this paper that a high strength and high toughness X70 pipeline steel with an ultra-low acicular ferrite microstructure has been researched and developed at Baosteel according to the requirements of the West-East Gas Pipeline(WEGTP) project. The developed steel has higher strength, higher toughness, lower ductile-brittle transition temperature and higher dynamic tear-resistance than the conventional X70 with ferrite and pearlite microstructure. The excellent properties of the steel are benefited from ultralow carbon acicular ferrite consisting of interaction of very fine precipitated particles and high-density dislocation. And the steel has been applied on the WEGTP in China.     

外加电位对X80管线钢模拟海岸土壤腐蚀的影响

为探究双相X80管线钢在沿海土壤模拟溶液环境中的腐蚀机理，采用极化曲线、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和交流阻抗(EIS)法对不同外加电位(-750,-900和-1 050 mV vs.饱和甘汞电极(SCE))下双相X80管线钢的应力腐蚀和电化学腐蚀行为进行研究。结果表明，双相X80管线钢在-1 050 mV电位下对应力腐蚀(SCC)最为敏感。慢应变拉伸呈现为脆性断裂，断口可见铁素体区域圆形或椭圆形的凹坑，这是由于过度阴极反应产生的氢原子扩散进入到钢中在铁素体晶界聚集，氢气析出产生的较高氢压超过材料的强度产生圆形孔洞，在拉伸应力作用下变为椭圆形。在此电位下EIS模拟电阻最小，耐腐蚀性最差。-750 mV的外加电位可起到一定的电化学保护作用，但不足以防止X80管线钢应力腐蚀的发生。-900 mV的外加电位可有效抑制X80管线钢的阳极溶解，SSRT的强度和延展性均高于0 mV电位试样，表现出韧性断裂特征，EIS模拟电阻最高，因此双相X80管线钢在模拟海岸土壤环境下最佳的阴极保护电位约为-900 mV vs. SCE。双相X80管线钢在沿海土壤模拟环境中的应力腐蚀行为的研究可对其在实际使用过...     

基于裂纹扩展的管道钢阻力曲线测试评估

高级别新型管线钢的不断涌现,其管材韧性和强度都得到了大大提高。然而,现有断裂韧性测试方法要求采用高约束的标准试样,管线钢很难满足试样尺寸条件,管道钢断裂韧性和裂纹扩展阻力的测试需要经过大量的实验和数值模拟评估。本文利用三点弯试样,测试了X65管线钢的断裂韧度和阻力曲线,对现有断裂韧度测试标准进行了评估,利用损伤模型评估了X65管材阻力曲线的厚度约束效应。结果显示：标准BS7448比ASTM-E1820计算得到的CTOD值更大,并且随着裂纹扩展长度增加,两种方法得到的CTOD比值增大。     

济钢X65管线钢板的开发与生产

介绍了济钢中厚板厂供国内某管道工程X65管线钢板开发生产情况,采用低C-高Nb—Mn—Ti的经济合金成分设计,配合洁净钢冶炼以及合理的板坯加热、轧制冷却工艺,生产出的X65管线钢板具有较高的强度,良好的低温韧性以及止裂性能。     

Research and Trial Production of X80 Pipeline Steel with High Toughness Using Acicular Ferrite

Keywords:pipelinesteel;X80;acicularferrite;coil1Introduction Itisaneconomicalwaytotransportoilandgasthrough longdistancebyusingpipelinewithhighpressureandlarge diameter.Inthiscase,isusuallyrequiredthehigh grade,highperformancepipelinesteeltoguaranteeasafeand reliableserviceatsuchhighpressure,aswellastoreduce thecostofconstructionandoperationforapipelineproject.NowX70pipelinesteelhasbecomethemostusedsteelgrade inlongdistancepipelineprojectsovertheworld.SomeX80pipelinetrialprojectshavebeencons…     

热输入对深海X70粗晶区组织和韧性的影响

为解决深海X70管线钢在实际焊接中粗晶区(CGHAZ)的脆化问题,在不同热循环工艺下对X70管线钢进行了热模拟研究。采用Gleeble-3800热模拟机模拟X70管线钢CGHAZ,研究CGHAZ在10～60 kJ/cm不同热输入(HI)条件下组织和韧性的变化规律,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和夏比冲击试验等手段表征CGHAZ的组织和韧性。结果表明,不同热输入下试验钢的组织主要由粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马-奥组元(M-A组元)组成;当HI不断增大时,BF比例减少,GB比例增加,M-A组元粗化,冲击吸收能先升高再降低;当HI为20 kJ/cm时,BF和GB可获得优异组合,断口为韧性断裂,冲击吸收能达到173.8 J;当HI大于20 kJ/cm时,断口解离断裂,冲击吸收能下降明显,最低为18.8 J。因此,较低的热输入可提高CGHAZ的韧性,使X70管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。研究结果可为优化焊接工艺提供理论依据。