X80管线钢性能特征及技术挑战

针对X80管线钢研发与应用现状以及目前存在的问题,综述了影响X80管线钢性能的主要因素、研究进展以及发展X80钢管道面临的技术挑战。详细分析了X80管线钢的冶金特征与组织结构,概述了X80管线钢的焊接工艺、焊接冶金学特征及性能,总结了X80管线钢的机械性能和力学特征。具体讨论了X80管线钢在服役环境中的失效机制,包括腐蚀、氢致开裂、焊缝区失效、应变失效等,并以此为基础,探讨了发展X80钢管道需要克服的技术挑战,以保障油气安全、高效输送以及能源管道的可持续发展。(图1,表8,参86)     

X80钢管线焊接接头组织性能研究

以一种海洋用 X80管线钢为研究对象,采用焊接工艺试验、力学性能测试及显微分析技术研究了药芯自保护焊工艺下 X80管线钢焊接接头的性能和热影响区的组织变化规律。实际应用表明,采用设计的药芯自保护电弧焊工艺参数对 X80管线钢进行焊接,可以得到合格的焊接接头。     

中国X80管线钢和钢管研发应用进展及展望

随着油气管道建设的快速发展,X80管线钢及钢管得到了大规模应用。回顾了中国X80高钢级管线钢及钢管的研发应用历程与主要进展,指出了面临的挑战,提出了发展建议。经过近20年的发展,建成X80油气输送管道约17 000 km,单管输气量达到380×10~8 m~3/a,X80管材生产及管道建设技术进入国际领跑者行列。形成了X80管线钢及钢管组织分析鉴别与评定、强度试验与屈强比控制、断裂与变形控制等关键技术,以及X80系列热轧板卷与大口径厚壁螺旋埋弧焊管制造技术、宽厚板与大口径厚壁直缝埋弧焊管制造技术、大应变管线钢及钢管制造技术、感应加热弯管及管件设计与制造技术。有力支撑了西气东输二线、中俄东线等重大管道工程建设。对于未来发展,提出如下建议:加强对制管用板卷或钢板的可焊性评价与控制,深化现场焊接技术及质量性能控制研究,推进高钢级管线钢及钢管在大输量管道建设中的应用,强化油气管道失效控制、完整性理论与技术的研究及应用。(参69)     

管线钢氢相容性测试方法及氢脆防控研究进展

在研究氢脆发生机理与损伤机制时，常采用慢应变速率拉伸试验、疲劳寿命试验等手段，以力学性能、疲劳寿命等为指标衡量金属的氢脆敏感性。对于典型管线钢材料，其在不足5 MPa的氢气压力下，或在氢气体积分数10%的掺氢天然气环境中，已经在慢应变速率拉伸等试验中表现出明显的韧性下降、裂纹加速扩展等氢损伤特征。为模拟钢在氢气环境中服役，试验中常采用气相充氢与电化学充氢方法，前者能够模拟多种气相对管线钢氢脆的作用，后者能够快速模拟管线钢长时间服役后氢原子的渗透情况。针对氢脆过程及机理总结并分析了3种主要的氢脆防控技术：(1)调控管线钢材料与加工工艺，优化其微观组织，增加扩散速率，减弱氢原子聚集现象；(2)引入气体抑制剂，通过竞争吸附的方法减缓氢分子在材料表面的吸附；(3)增设管道内涂层，使氢气与管线钢基体金属隔离。并基于此提出进一步优化管道氢脆防控技术的建议。（图1，表1，参59）     

Inconel751合金热镦粗的有限元模拟

针对Inconel751合金热镦粗成形中晶粒粗大、过热过烧、镦裂、折叠等质量问题,利用有限元软件Marc/Autoforge 3.1对镦粗过程中的应变场和晶粒尺寸进行有限元模拟,得到了不同变形量下的应变和晶粒尺寸分布图;分析了变形程度对Inconel751合金组织的影响。结果表明:Inconel751合金棒料在电热镦粗过程中,其等效应变场和组织分布呈阶梯分布;随着工件变形量的增大,晶粒尺寸趋于细化和均匀化,锻件综合性能提高。     

5182 铸锭高温压缩流变行为与微观组织演变

借助Gleeble-1500试验机、X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)手段研究了5182铝合金铸锭在变形温度为300~500℃,变形速率为0.01~10s~(-1)下的流变行为和微观组织演变.结果表明:试样的位错密度和流变应力均随着变形温度的上升而减小,随应变速率的上升而增大.低应变速率变形后合金仅发生了动态回复,高应变速率变形后发生了动态再结晶,且再结晶分数随变形温度的升高而增加.通过拟合流变应力、变形温度和应变速率之间的函数关系,确定了该铸锭的热变形本构方程.     

X70高应变钢管现场冷弯试验

冷弯管通常采用普通钢管进行现场冷弯,从而达到符合设计要求的弯管角度。为研究高应变钢管作为冷弯管母管的可行性,采用3种弯制工艺对X70高应变钢管进行了现场冷弯试验。通过拉伸试验、夏比冲击试验及落锤撕裂试验等分析了弯制工艺对X70高应变钢管的几何尺寸与性能的影响。结果表明:弯制工艺对钢管壁厚变化的影响不大,弯制前后的椭圆度有较小变化,横向性能变化不明显,而弯管外弧侧的纵向屈服强度和屈强比明显增大,内弧侧的纵向屈服强度和屈强比随曲率半径的增大而减小。采用高应变钢管弯制的冷弯管性能优良,为冷弯管在复杂服役环境的应用提供了新的途径。(图8,表4,参13)     

预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响

传统的镁合金板材加工技术存在生产效率低、成本偏高和成形性能不够理想等局限.本论文采用高应变速率轧制对AZ31镁合金进行轧制，对比研究了两种预处理方法对板材组织性能的影响.结果表明，高应变速率轧制是获得具有细小晶粒组织和良好综合力学性能的镁合金板材的有效手段.经过预变形+均匀化的预处理，高应变速率轧制板材的组织均匀性得到很大的提高，终轧板材内分布着极均匀的细小晶粒组织，其平均晶粒尺寸为2.3 μm.由于组织均匀性的提高，板材塑性得到进一步提高，其室温伸长率可达28%.     

基于应变准则的采空暗悬管道的安全性评价

管道穿越采空区时可能形成暗悬,长距离的暗悬会使管道产生较大的应力应变,严重时会造成管道拉断失效。基于非线性有限元法,建立了三维暗悬管道力学计算数值模型,采用基于应变的设计准则对采空暗悬管道进行安全性评价。模型考虑了管材、管土相互作用及几何大变形多重非线性因素,采用非线性土弹簧单元模拟管土作用,采用壳单元描述管道变形。分析了暗悬管道在不同工况下的应力应变响应,对比了采用基于应力与基于应变失效准则判断暗悬管道极限状态的差异。分析结果表明:基于应力的准则偏于保守;基于应变的准则能够更多地利用管材的塑性性能。研究成果可为管道的完整性管理与安全评价提供理论参考。     

X80埋地管道应力腐蚀开裂关键影响因素研究进展

随着中国高压力、大口径、长距离X80管线钢埋地管道建设的迅猛发展,应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)风险开始严重威胁管道服役安全。针对土壤环境中X80管线钢SCC关键影响因素,首先分析了交流杂散电流对X80管线钢SCC行为的影响及其机制,提出交流电与弹性应力具有协同作用,可共同促进X80管线钢的阳极溶解,并破坏钢表面致密腐蚀产物膜的状态,从而加速腐蚀。其次,综述了土壤环境中硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)致管线钢SCC机理的研究现状,提出X80管线钢微生物致裂机理主要与细菌的生理活性、代谢产物、生物膜的形成有关。最后,提出了SRB作用下X80管线钢阴极保护电位选择的建议,同时建议将微生物因素纳入管线钢SCC评价体系。研究成果可为中国高强管线钢管道设计及安全服役提供理论基础。(图2,参46)