管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)異常斷口分析與評(píng)價(jià)

馮耀榮，陳宏達(dá)

(石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077)

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·試驗(yàn)研究·

管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)異常斷口分析與評(píng)價(jià)

馮耀榮，陳宏達(dá)

(石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077)

針對(duì)管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)(DWTT)出現(xiàn)的異常斷口進(jìn)行了分析研究，提出了DWTT斷口和異常斷口的分類方法，形成異常斷口評(píng)判方法，部分成果被納入國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于高鋼級(jí)管線鋼和鋼管異常斷口的分析評(píng)價(jià)。

管線鋼；管線鋼管；落錘撕裂試驗(yàn)；異常斷口；脆性斷裂控制

0 引 言

為了改善Charpy沖擊試驗(yàn)評(píng)價(jià)材料韌性及韌脆轉(zhuǎn)化趨勢(shì)的局限性，國際上發(fā)展了用全壁厚落錘撕裂試驗(yàn)(DWTT)進(jìn)行材料韌性及韌脆轉(zhuǎn)化趨勢(shì)的方法。并建立了管線鋼和船板落錘撕裂試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，在其質(zhì)量控制和驗(yàn)收評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用[1-5]。

式中：G為張家界旅游客源市場(chǎng)的地理集中指數(shù)；Xi為第i個(gè)客源地的游客數(shù)量；T為目的地接待的游客總量；n為客源地總數(shù)。G值越接近100，游客來源越集中，客源市場(chǎng)越容易受到客源地的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治等變化的沖擊；G值越小，則客源市場(chǎng)越分散，雖然旅游經(jīng)營(yíng)穩(wěn)定，但不利于旅游地制定市場(chǎng)營(yíng)銷戰(zhàn)略，進(jìn)行高效的促銷活動(dòng)。

隨著我國重大管線建設(shè)的進(jìn)行，高鋼級(jí)大口徑高壓輸氣管線鋼和鋼管的鋼級(jí)和璧厚逐漸增加，DWTT異常斷口更是頻繁出現(xiàn)[10]。對(duì)DWTT異常脆性斷口進(jìn)行深入研究，合理評(píng)判異常斷口、準(zhǔn)確反映材料的韌脆性斷裂行為，對(duì)高鋼級(jí)管線鋼和鋼管的發(fā)展應(yīng)用，特別是保證管線的安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了近年來國內(nèi)外在高鋼級(jí)管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)異常斷口分析與評(píng)價(jià)方面的研究成果和應(yīng)用情況[6-15]。

方法2：評(píng)判區(qū)域，將從缺口根部和錘擊側(cè)各扣一個(gè)壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，剩余面積為評(píng)判區(qū)域；脆性面積的計(jì)算：當(dāng)孤立的脆性區(qū)分布不超過從錘擊側(cè)算起的25 mm范圍時(shí)，可忽略不計(jì)；超過25 mm范圍時(shí)，孤立分布的脆性區(qū)面積全部計(jì)算在內(nèi)。有效評(píng)判區(qū)域內(nèi)其余部位的脆性區(qū)按實(shí)際面積進(jìn)行計(jì)算。

1 管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)斷口分類

按以上5種方法，對(duì)于圖3所示的四種典型的異常斷口進(jìn)行評(píng)判，結(jié)果見表1。

圖1 正常斷口(左)和異常斷口(右)

趙永生(1962—)，男，遼寧朝陽人，教授，博士，研究方向?yàn)榇爸悄芸刂?。E-mail：dmuzys@163.com

圖2 DWTT斷口分類

2 管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)異常斷口分類

圖3 DWTT異常斷口分類

3 管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)異常斷口的評(píng)判方法

方法5：評(píng)判區(qū)域，在錘擊側(cè)扣除1.5倍壁厚、缺口根部扣除5 mm，剩余面積為評(píng)判區(qū)域；脆性面積的計(jì)算，所有在評(píng)判區(qū)域內(nèi)的脆性區(qū)均按實(shí)際面積計(jì)算，不連續(xù)的區(qū)域先獨(dú)立計(jì)算，再累加，其中斷口中部的三角形脆性區(qū)的面積要乘系數(shù)0.5。

根據(jù)異常斷口中脆性區(qū)的分布特征，將異常斷口分為四種情況：第Ⅰ種異常脆性斷口，脆性區(qū)分布在錘擊側(cè)1個(gè)壁厚范圍內(nèi)；第Ⅱ種異常脆性斷口，脆性區(qū)在錘擊側(cè)，分布超出一個(gè)壁厚范圍，但沒有超過從錘擊側(cè)算起的斷裂韌帶的中線；第Ⅲ種異常脆性斷口，脆性區(qū)分布在斷口韌帶中部，從錘擊側(cè)算起超過斷裂韌帶的中線；第Ⅳ種異常脆性斷口，脆性區(qū)出現(xiàn)得更早，距缺口的最近距離小于1個(gè)壁厚[6],見圖3。

1)根據(jù)起裂區(qū)和斷口的特征，分為正常斷口和異常斷口，見圖1。

方法3：評(píng)判區(qū)域，在錘擊側(cè)扣除1.5倍壁厚、缺口根部扣除5 mm，剩余面積為評(píng)判區(qū)域；脆性面積的計(jì)算，所有在評(píng)判區(qū)域內(nèi)的脆性區(qū)均按實(shí)際面積計(jì)算，不連續(xù)的區(qū)域先獨(dú)立計(jì)算，再累加。

方法4：評(píng)判區(qū)域，將從缺口根部和錘擊側(cè)各扣一個(gè)壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，剩余面積為評(píng)判區(qū)域；脆性面積的計(jì)算，順沿?cái)嗔褦U(kuò)展方向，將斷口厚度有明顯增大處之后區(qū)域里的脆性面積忽略不計(jì)，其余脆性區(qū)按有效評(píng)判區(qū)內(nèi)的實(shí)際面積進(jìn)行計(jì)算。

出現(xiàn)異常斷口的試樣，應(yīng)作為有效試樣，并按下述方法進(jìn)行評(píng)定[6]：

本文提出的高鋼級(jí)大口徑高壓輸氣管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)斷口分類和異常斷口評(píng)判方法，解決了異常斷口評(píng)判難題，可滿足高鋼級(jí)管線鋼和鋼管質(zhì)量控制與驗(yàn)收評(píng)價(jià)的需要。

4 應(yīng)用舉例

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2001年到2017年，中國的貨物進(jìn)口平均年增長(zhǎng)速度是世界進(jìn)口增速的2倍。11月7日，國家商務(wù)部在進(jìn)博會(huì)上表示，三天內(nèi)，近百家電子商務(wù)企業(yè)與30余個(gè)國家和地區(qū)的400多個(gè)國際品牌對(duì)接，涉及新型電子消費(fèi)產(chǎn)品、家電、服裝服飾、美妝、醫(yī)藥、食品、生鮮等各品牌領(lǐng)域。

方法1：評(píng)判區(qū)域，將從缺口根部和錘擊側(cè)分別扣除一個(gè)壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，所剩區(qū)域定為斷口的有效評(píng)判區(qū)；脆性面積的大小，按有效評(píng)判區(qū)內(nèi)的實(shí)際面積進(jìn)行計(jì)算。

表1 典型實(shí)際斷口評(píng)判結(jié)果(塑性區(qū)面積%)

2)依據(jù)落錘撕裂試驗(yàn)宏觀斷口上裂紋起源及擴(kuò)展的特征，將斷口分為四大類：第一類斷口，韌性起裂、韌性發(fā)展(正常斷口)；第二類斷口，韌性起裂、擴(kuò)展中伴有脆性特征(異常斷口)；第三類斷口，脆性起裂、韌性和脆性混合擴(kuò)展(異常斷口)；第四類斷口，脆性起裂、脆性發(fā)展(正常斷口),見圖2。這四類斷口反映了材料的韌性依次下降[6,10]。

本文提出的5種異常斷口的評(píng)價(jià)方法，從評(píng)價(jià)結(jié)果來看，基本上反映了斷口的脆化程度。同時(shí)這5種評(píng)價(jià)方法對(duì)四類異常斷口的評(píng)價(jià)結(jié)果不盡相同，寬嚴(yán)程度不一，有的還有較大不同。因此，針對(duì)具體管道鋼和鋼管異常斷口的評(píng)價(jià)，可按上述5種評(píng)價(jià)方法對(duì)比評(píng)價(jià)后由用戶針對(duì)某種異常斷口選擇其中一種方法使用。

基因驅(qū)動(dòng)可以將特定基因遺傳給99%的后代，常規(guī)基因的遺傳率則只有50%。利用基因驅(qū)動(dòng)將“自毀基因”（不育基因）引入蚊子的DNA中并遺傳下去，就能讓蚊子絕育。奧斯汀·伯特的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將dsxFCRISPRh等位基因引入岡比亞按蚊（Anopheles gambiae）體內(nèi)，獲得了前所未有的結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)室中讓這一蚊子種群完全崩潰，達(dá)到了“種族滅絕”的目標(biāo)。

例如，從最嚴(yán)格和最保守的角度，對(duì)于第Ⅰ種異常斷口，采用方法1進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于第Ⅱ種異常斷口，采用方法2進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于第Ⅲ種異常斷口，采用方法2進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于第Ⅳ種異常斷口，采用方法3進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)然，如果采用較寬松的方法，方法5比較合適。

布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類理論的發(fā)展從1956年的1.0版本——金字塔形狀(識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)估)到2001年由布魯姆的學(xué)生Anderson等人提出的2.0版本——金字塔形狀(識(shí)記、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造)。布魯姆將教育目標(biāo)劃分為認(rèn)知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域和操作領(lǐng)域，共同構(gòu)成教育目標(biāo)體系。認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)可分為從低到高的六個(gè)層次：即識(shí)記→領(lǐng)會(huì)(理解)→運(yùn)用→分析→評(píng)價(jià)→創(chuàng)造，學(xué)生的思維由低階思維能力向高階思維能力發(fā)展，教育目標(biāo)從基礎(chǔ)目標(biāo)向高級(jí)目標(biāo)發(fā)展(圖1)[5]。

5 結(jié) 論

根據(jù)管線鋼和鋼管落錘撕裂試驗(yàn)斷口裂紋起裂和擴(kuò)展形貌特征、異常斷口中脆性區(qū)的分布特征對(duì)試驗(yàn)斷口和異常斷口進(jìn)行了分類，提出了異常斷口評(píng)判方法，形成國家發(fā)明專利，補(bǔ)充了相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的缺失，納入相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在高鋼級(jí)管線鋼和鋼管質(zhì)量性能評(píng)價(jià)和脆性斷裂控制中得到應(yīng)用。

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Analysis and Assessment on DWTT Abnormal Fracture of Pipeline Steels and Pipes

FENG Yaorong,CHEN Hongda

(StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,CNPCTubularGoodsResearchInstitute,Xi′an,Shaanxi710077,China)

This paper introduced the latest research results on analysis and assessment for Drop Weight Tear Test (DWTT) abnormal fracture of pipeline steels and pipes. It is proposed that classification and assessment methods of DWTT fracture surface including abnormal fracture. The research results has been adopted in related national and industry standards, and used for the analysis and assessment of DWTT abnormal fracture of high strength pipeline steels and pipes.

pipeline steel; steel pipe; drop weight tear test; abnormal fracture; brittle fracture control

馮耀榮，男，1960年生，博士，教授級(jí)高工，1982年畢業(yè)于西安交通大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)，主要從事石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全研究工作。E-mail:fengyr@cnpc.com.cn

TG142

A

2096-0077(2016)05-0018-03

2016-08-26 編輯：馬小芳)