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X80管线钢焊接管道应力腐蚀和断裂安全评定研究

王炳英

   应用动电位扫描技术,测试了X80管线钢及焊接接头在模拟土壤介质(高pH值0.5mol/L NaHCO3+1mol/L Na2CO3溶液和近中性pH值NS4溶液)中的极化曲线,分别考虑离子浓度、扫描速度、测试区域对极化曲线的影响,研究了X80管线钢及其焊缝在典型模拟土壤介质中电化学腐蚀行为。 采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)和扫描电镜观察研究X80管线钢及焊接接头在上述两种典型土壤介质中的应力腐蚀行为。在0.5mol/L Na2CO3+ 1mol/LNaHCO3溶液中试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,试样断口主要是韧性断裂。在NS4溶液中施加阴极电位时,SEM断口形貌呈穿晶准解理断裂,具有明显的应力腐蚀特征。施加阳极电位时,断口形貌为典型的韧性断裂,断口处存在大量的韧窝。两种溶液中SSRT试验结果均表明,随着外加电位的负移,断裂时间、断面收缩率、应变量都明显变小,X80管线钢及焊接接头的SCC敏感性增加。施加相同外加电位时,焊接接头较母材的应力腐蚀敏感性增加,其断裂位置全部落在焊缝或HAZ处。 制作楔形张开加载(WOL)试样,在硫化氢介质中进行恒位移应力腐蚀试验,分别测得母材、焊缝和热影响区的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率da/dt。实验结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力。通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素。并对WOL试样进行了有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征。应力腐蚀试验结果与有限元数值分析结果相互验证。 建立了X80钢管道焊接移动热源的三维有限元计算模型,以瞬态温度场分析为基础,考虑材料物理性能参数与温度非线性关系,利用SYSWELD程序进行了焊接温度场和焊接应力场的数值模拟,分析了相变及焊接线能量对管道内外表面的环向及轴向应力的影响规律。 以“合于使用”为原则,根据BS7910评定标准,在测试X80管线钢及焊接接头断裂韧度的基础上,对X80管道焊接接头焊趾处的表面裂纹以及焊缝内的深埋裂纹进行了一级、二级安全评定。考虑了应力集中和残余应力的影响,计算了给定载荷条件时的表面容许裂纹尺寸和深埋容许裂纹尺寸。……   
[关键词]:X80管线钢;焊接接头;应力腐蚀;数值模拟;安全评定
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2007年