高寒地区管道低温脆断控制技术指标研究

摘要

本文结合断裂理论和管道工程实例，对三种管道材料进行夏比冲击试验(CVN)、落锤撕裂试验(DWTT)和裂纹尖端张开位移试验(CTOD)，分析了石油管道低温脆性断裂的影响因素，为低温脆断控制技术指标提供一定的参考。对 X80三通材料、X80 TMCP及 X70 TMCP干线管材料进行系列温度CVN试验和DWTT试验，通过CVN、DWTT能量和断口表征评价三种材料的低温韧性，揭示了石油管道材料壁厚对低温韧性的尺寸效应。最后，对X80三通材料进行了低温断裂韧度测试试验，研究得到了X80三通材料断裂韧度随试样厚度变化的估算公式。
　　X80三通材料心部位置-60℃下剪切面积大于50％，冲击功大于150J；X80 TMCP干线管材料心部位置-80℃下剪切面积大于70%，冲击功大于200J；X70 TMCP干线管材料心部位置-60℃下剪切面积全部100%，冲击功大于350J，显示出良好的冲击性能。对X70 TMCP干线管焊接接口 FL位置冲击试验结果显示出较大的波动性，不宜作为热影响区评价位置。
　　X80三通材料、X80TMCP及X70 TMCP干线管材料随着试样厚度的增加，50%剪切面积韧脆转变温度均逐渐提高，试样厚度达一定厚度，断口剪切面积全部小于50%；随着温度的降低，50%剪切面积韧脆转化壁厚逐渐减小，-40℃以下，断口剪切面积几乎都小于50%，脆性断裂倾向严重。三种材料中X80三通材料韧脆转变温度范围较宽，起始转变温度较高，X80 TMCP干线管材料韧脆转变温度范围较窄，起始转变温度较低，X70 TMCP干线管材料韧脆转变温度范围较宽，起始转变温度较低，X80三通材料低温下尺寸效应最为明显。
　　X80三通材料断裂韧度测试试验中，随着温度降低，在P-V曲线中出现突进点的个数增多，而且试样厚度越大，突进点越多，试样有效性也就更低；在一定范围内，较薄的试样具有较大的断裂韧度，随着试样厚度的增加，材料的断裂韧度将逐渐减小，最终趋于一个恒定的较低极限值。对有效点进行拟合得到 X80三通材料平面断裂韧度估算公式，)307.5(1147.00.2120.2 xxC ex eK，得出该材料的KIC的值约为307.5Mpa.m1/2。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 管道低温脆断

1.3 试验方法

1.4 国内外研究现状

1.5 研究内容

第二章 石油管道低温技术调查研究

2.1 高寒地区管道设计温度要求

2.2 高寒地区管道低温韧性指标要求

2.3 高寒地区管道低温韧性试验温度要求

2.4 小结

第三章 高寒地区管道夏比冲击试验研究

3.1 试验材料及方法

3.2 管体与焊缝冲击韧性

3.3 热影响区冲击韧性

3.4 FL附近位置冲击韧性

3.5 小结

第四章 高寒地区管道低温落锤撕裂试验研究

4.1 X80三通管件低温韧性

4.2 X80 TMCP干线管低温韧性

4.3 X70 TMCP干线管低温韧性

4.4 小结

第五章 高寒地区管道裂纹尖端张开位移试验研究

5.1 试验方法简介

5.2 X80三通低温断裂韧度

5.3 断口形貌分析

5.4 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文