管道的安全性取決于管道材料,管道材料因素是確保管道安全運行的鑒本條件。管道安全運行的9個鑒定條件如下:
(l)針對國際上薄壁油氣輸送輝管啟裂判據選用方而的爭議,選用國產x52直縫電阻焊輸送管材料進行不同試樣、溫度和腐蝕介質的斷裂切性及J積分和占附力曲線測定,及含焊縫缺陷管材的實物爆破試驗。結果表明,X52輸送管材料組織狀態不同時J。和占:限力曲線及Joo,與Jo:、島。與凡2相差較大;與無側槽試樣相比.室溫側槽試樣的斷裂韌性和裂紋擴展阻力大幅度下降,進一步在腐蝕介質中浸泡后對試驗結果影響較小;帶側枯試樣進一步降低試驗溫度,斷裂韌性和裂紋擴展阻力呈下降趨勢,但降低幅度較小;采用帶側梢試樣,可以獲得下限斷裂韌性特征值。對薄壁油氣輸送管材推薦采用帶側梢試樣的J積分和coD特征值如人2或風2作為斷裂韌性判據。
(2)通過X7O管線鋼不同試驗溢度下的動態斷裂韌性、止裂韌性及C卿試驗研究,結果表明.X70管線鋼存在由加載速率變化而引起的韌脆轉化現象;采用熱激活分析獲得了其斷裂韌性與溫度和加載速率的定量化關系,可用以預測不同溫度及加載速率下的斷裂切性;研究發現斷裂韌性與止裂韌性有同樣的溫度關系,在特定的速率下,可以通過經驗公式將這兩個量聯系起來。C娜與動態斷裂韌性和止裂韌性之問存在一定的聯系,得到了一種新的采川CVN數據來預測斷裂韌性與止裂韌性的經驗公式,從而可避免大量重復性的數據測試工作。
(5)針對厚壁高鋼級管線鋼D叭Tr中出現的異常脆性斷U問題進行了系統研究,提出DWTT斷日及異常斷口的分類方法.綜合分析研究了影響異常斷口產生的原因即錘頭對試樣大能量的撞擊使材料在錘擊側附近于斷裂擴展到達之前經受大的塑性變形及應力狀態的變化.引起應變硬化,使材料變脆,改變了錘擊側區域斷裂的斷口特征。異常脆性的形成是落錘試驗載荷性質和材料品質綜合作用的結果。前者為異常脆性斷U的形成提供了外部條件;后者即材料的品質是試樣形成異常脆性的內部原因,對異常斷口的形成有決定性的作用。提出了DW,】,I,試驗異常斷口的評判方法,補充完善了西氣東輸和陜京二線管材技術標準,使管材質量得到有效控制,管道安全性得到保障。
(6)采用焊接熱模擬、力學性能測試和顯微分析技術。對不同強度級別管線鋼的焊接局部脆化行為進行了研究。焊接熱過程對管線鋼構成不同程度的韌性損傷而形成局部脆化區。管線鋼存在二種焊接局部脆化形式,即單道焊一次熱循環中的粗品區(CCH^Z)局部脆化和多道焊二次熱循環中的臨界粗晶區(IRCCHAZ)局部脆化。在對管道進行安全分析和評價時,應充分考慮管道材料焊接熱影響區的局部脆化問題。而在新建管線的質量控制中應通過焊接工藝的優化來改善焊縫及熱影響區性能。
(7)采用緊奏拉仲試樣和自制的管材實物疲勞試驗系統.研究了油氣輸送輝管的疲勞行為。得到了裂紋穩定擴展階段和快速擴展階段裂紋擴展速率表達式和疲勞裂紋擴展階段裂紋嘴張開位移(乙甘口D)與裂紋擴展深度之間的線性關系。導出‘r裂紋穩定擴展階段小尺寸試樣和全尺寸焊管疲勞裂紋擴展速率之間的關系,一:(da/dN),二0.4773+一721:(d以d鄺)s,建立了用小試樣預測焊管實物疲勞壽命的方法,從而叮避免費用高昂的實物疲勞試驗。
(8)采用自行設計的焊管實物腐蝕試驗方法和裝勝研究了鍍鋅鋼管在濕HZS環境中的腐蝕行為,得到了外力應力和殘余應力對焊管HZS腐蝕的形響規律及新的認識。試驗發現在濕HZS介質中和外加應力及殘余應力的共同作用下,焊管的氫損傷機理既有氫致開裂,又有氫致應力腐蝕,應力不但促進氫致應力腐蝕,同時也促進氫致開裂過程。試驗結果說明改進焊管表面質量,特別是焊縫質量、降低殘余拉應力、改善焊管母材組織和冶金質量、控制工作應力對改善和控制焊管HZS腐蝕的重要性。
(9)提出管道材料最佳性能指標組合新參量。在管道結構幾何、缺陷和外加著臂通的失效模式,同時也決定著管道的安全狀態。材料性能指標組合參量可作為一種新的材料力學性能參量用來評價材質的優劣。通過理論分析導出一r塑性失穩條件下材料韌性要求與管道結構因素、缺陷尺寸、工作應力和材料屈強比的關系式凡。在制定管道材料技術規范時,應以獲得高的材料放佳性能指標組合值為依據。對高強度管線材料當屈強比超出技術條件L限時,可適當提高對材料韌性指標的要求,確保管道材料最佳性能指標組合值達到較高的水平,以彌補屈強比較高可能對管道使用帶來的不利影響。