高性能管线钢DWTT试样异常断口分析

金属拉伸试样的断口分析金属拉伸试样是材料科学和工程领域中常用的实验方法之一，用于研究材料的力学性能和物理性质。

在拉伸过程中，试样会发生变形、裂纹和断裂等行为，而断口分析对于理解这些行为具有重要意义。

本文将从断口形态分析和特征分析两个方面，阐述金属拉伸试样断口的形态变化规律及其对材料性能的影响，同时探讨断口的预测与分析方法。

断口形态分析金属拉伸试样的断口形态通常可以分为韧性断裂和脆性断裂两种。

韧性断裂是指材料在拉伸过程中，首先发生均匀变形，随后在局部区域逐渐出现微裂纹，最终形成较大裂纹并导致断裂。

脆性断裂则是指在拉伸过程中，材料突然脆断，无明显的塑性变形和裂纹。

影响断口形态的因素包括拉伸率、应力和位错运动等。

在韧性断裂中，断口的形态通常为杯锥状断口，其形成与材料的韧性有关。

韧性好的材料在拉伸过程中能够承受较大的变形量，因此断口呈现出更为平整的形态。

脆性断裂的断口则通常为无杯锥状断口，呈现出较为尖锐的形态特征。

断口特征分析金属拉伸试样断口的特征可以通过观察和分析断口的形貌、结构和组成等方面来确定。

常见的断口特征包括尖角、波状、鱼脊等。

这些特征的形成与材料的力学性能和物理性质密切相关。

尖角断口通常出现在试样拉伸的起点处，主要是由于应力集中和局部变形导致的。

波状断口则通常出现在试样拉伸的中段，其形成与材料的韧性有关，往往是因微裂纹扩展和合并的结果。

鱼脊断口则出现在试样断裂的终点处，通常是因局部区域材料失稳和颈缩导致的。

断口预测与分析基于金属拉伸试样断口的形态、特征和原因，我们可以预测和分析材料的力学性能和物理性质。

例如，通过观察断口的形貌和组成，可以了解材料的断裂方式和机制，进而对其强度、韧性和耐腐蚀性等性能进行评估。

同时，通过对断口特征的分析，可以为材料的成分、结构和工艺等方面优化提供依据。

断口分析在金属拉伸试样中具有重要意义，通过对断口形态和特征的观察和分析，可以深入了解材料的力学性能和物理性质。

在实际应用中，断口分析可以为材料的研发、生产和应用提供重要参考依据，对于提高材料的综合性能和拓展其应用领域具有重要作用。

厚规格多相组织X80管线钢低温韧性与断口分离研究国内天然气需求量逐年递增,天然气管道开始朝着超大输量方向发展。

增加管径和壁厚是提高输送能力的有效途径。

随着管径和壁厚增加,设计系数和输送压力越来越高,这对管线钢低温断裂韧性提出了更高的要求。

利用落锤撕裂(Drop Weight Tear Test,DWTT)试验研究厚规格管线钢板止裂性能,断口表面通常会发生断口分离现象,降低了钢板的低温韧性。

本文以25.7 mm和32.1 mm厚多相组织X80管线钢为研究对象,采用金相显微镜和扫描电镜研究钢板微观组织和DWTT断口分离裂纹,以建立X80管线钢断裂行为与微观组织之间的关系。

主要研究结果如下:对25.7 mm厚多相组织X80管线钢微观组织和DWTT断口形貌进行观察,研究了X80管线钢断裂行为与微观组织之间的关系。

研究结果表明,钢板微观组织由粒状贝氏体(GB)、针状铁素体(AF)、贝氏体铁素体(BF)、多边形铁素体(PF)和准多边形铁素体(QPF)构成;马氏体-奥氏体(MA)岛、夹杂物周围易萌生微孔及二次裂纹;在晶粒内部形核长大的二次裂纹扩展至小尺寸MA岛及AF处出现止裂,提高了钢板的断裂韧性。

分离裂纹形成于带状组织处。

对25.7 mm厚多相组织X80管线钢双面减薄(19.0 mm)DWTT断口分离裂纹进行了研究。

研究结果表明,DWTT断口分离裂纹起始于GB带处;分离裂纹以穿晶断裂方式穿过GB,路径平直,说明GB阻碍分离裂纹扩展作用较小,以沿晶断裂的方式沿PF晶界扩展,裂纹方向不断发生偏折,提高了裂纹扩展功,从而增大钢板的断裂韧性。

分离裂纹尖端受到细小MA的钝化作用,扩展受阻出现停滞。

多相组织中少量GB以及适量的PF有利于减少分离裂纹的产生。

对32.1 mm厚多相组织X80管线钢全厚度DWTT断口分离裂纹进行了研究,研究发现32.1 mm厚多相组织X80管线钢DWTT断口表面逆向解理面较大,分离裂纹数量少。

高钢级厚壁管线钢低温断裂韧性控制技术研究刘清友;贾书君;任毅【摘要】针对厚规格X80管线钢低温断裂韧性控制难题,从理论层面揭示了DWTT断裂韧性的影响机制,并通过实验室轧钢试验和工业试验证实了相变前奥氏体晶粒尺寸和室温组织中的马奥岛是影响厚规格X80管线钢DWTT性能的两大主要因素.借助热模拟试验研究得出了细化奥氏体晶粒尺寸和马奥岛的主要技术措施.结果表明,尽量避免粗轧高温区在5％～8％变形、适当提高Nb含量、提高粗轧最后两道次变形量和缩短间隔时间,可以使奥氏体再结晶晶粒尺寸控制在20μm以下;适当降低终轧温度、提高冷却速率、选择合理的终冷温度,可以将组织中马奥岛体积分数降低到10％以下,平均颗粒尺寸减小到1μm以下.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2019(042)007【总页数】10页(P39-47,54)【关键词】管线钢;厚壁;低温;DWTT断裂韧性;奥氏体晶粒尺寸;马奥岛【作者】刘清友;贾书君;任毅【作者单位】钢铁研究总院工程用钢所,北京100081;海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室,辽宁鞍山114000;钢铁研究总院工程用钢所,北京100081;海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室,辽宁鞍山114000【正文语种】中文【中图分类】TG406为保障国家能源安全，实现低碳排放和能源多元化供给，近年来我国正进一步加快“东北、西北、西南、海上”四大油气能源战略通道建设[1]。

其中，东北和西北通道途经高寒地区，严酷的低温施工和服役条件要求管道必须具备优良的耐低温性能。

同时，为了实现更好的经济效益，管道建设正向大型化方向发展，通过采用更高压力和更大直径的管道提高单管输送能力。

我国西气东输二线管道直径1 219 mm，输气量300亿m3/a；中俄东线为了将输气量提高到380亿m3/a，钢管直径提高到1 422 mm[2]。

管径增大相应地要求钢板宽度增加，使得钢板轧制过程中扭矩增大，并且厚度规格提升还导致钢板总压缩比降低，不利于组织细化。

铌钒系X70管线钢落锤撕裂试验断口分离的原因
李家鼎;麻庆申;姜中行;李少坡;查春和;丁文华
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2010(046)005
【摘要】为了分析铌钒系X70管线钢落锤撕裂试验(DWTT)断口分离的原因,通过光学显微镜观察分离裂纹尖端和断口附近未变形区组织形态,发现分离裂纹起源于带状组织薄弱界面;通过图像分析软件统计了不同断口分离严重程度试样的铁素体晶粒度和珠光体面积百分比,找出组织形态与分离严重程度的关系,认为中心偏析带状组织以及珠光体带状组织是导致断口分离的原因;通过控轧控冷(TMCP)工艺,特别是ACC水冷工艺的优化,使组织细化,带状组织消除,最终使DWTT断口的分离裂纹得以消除.
【总页数】4页(P284-287)
【作者】李家鼎;麻庆申;姜中行;李少坡;查春和;丁文华
【作者单位】首钢技术研究院,北京,100041;首钢技术研究院,北京,100041;首钢技术研究院,北京,100041;首钢技术研究院,北京,100041;首钢技术研究院,北
京,100041;首钢技术研究院,北京,100041
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.5
【相关文献】
1.管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口分析与评价 [J], 冯耀荣;陈宏达
2.管线钢落锤撕裂试验试样断口分离剪切面积的评定 [J], 朱玉莲;王树人;李万帮;王松;巴虹
3.X80M高强韧性厚壁管线钢落锤撕裂试验试样异常断口形成原因及适用性分析[J], 何小东
4.落锤撕裂试验中的异常断口 [J], 肖娟(摘译)
5.铌钒成分热轧H型钢翼缘落锤冲击性能与断口形貌分析 [J], 李令锋;陈辉;何军委
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管线钢DWTT冲击韧性测试陕西科技大学山静民1、对管线钢而言，安全性无疑是最重要的因素，由于输送管道有可能要经历高寒或高温地带，深海，地震多发地带等各种复杂而且严酷的条件，所以要求管线钢具有高强度、高韧性、高变形能，产品的稳定性，高焊接性能、耐低温性能。

另外为了降低成本，提高输送效率，国内外都在尽可能地提高输送管线用管线钢的级别，据资料记载[1]，若以API X65 为基础，当使用X80时，成本会降低5%，使用X100时，成本会降低8%。

2、随着管线钢级别的提高，对管线钢测试的方法和手段也在发生着相应的变化。

主要表现在：1）单纯使用夏比冲击试验已不能满足对管线钢的要求。

由于管线钢落锤撕裂试验（DWTT）的结果与钢管全尺寸爆破试验结果相当吻合，容易操作，并且更接近材料的使用状态，因此人们希望用落锤撕裂试验的锤断能量值来代替夏比冲击功值，对高韧性、大壁厚的管线钢的断裂韧性进行评价。

2）国内外虽然也使用大能量摆锤进行管线钢的冲击韧性试验，但由于它占用面积太大，最大能量通常要受到限制。

在日本，过去最大做到30000焦耳，可测最大板厚为22mm。

为了测试高性能、大厚度管线钢的冲击韧性，就要使用5-10万焦耳的落锤冲击试验机。

3）如果说在使用摆锤式冲击试验机时，人们还可以通过指针观察试样的吸收能量，尽管它提供的信息很少。

但当使用落锤式冲击试验机以后，人们则无法知道试样吸收能量到底是多少。

在管线钢开始开发阶段，人们通过观察试样断面剪切面积的百分比，即SA％来评定试样的冲击韧性。

但到了高性能管线钢出现之后（特别是Ｘ80出现以后），落锤示波冲击测试系统就必不可少了。

这是因为，高标号的管线钢在常温下，甚至在较低温下都表现出很好的韧性，剪切面积百分比可以达到100%，下面这两个表格摘自参考资料[2]。

不难看出，对于X70以上的高等级管线钢，已经无法用SA描述冲击韧性。

为了定量描述冲击韧性，必须配备示波冲击测试系统。

3、测试系统的现状我国从前没有示波冲击测试系统，外国人欺负我们。

X80管线钢问题分析及应用摘要：在长距离输气过程中，采用高压和大流量是提高经济性的重要手段，为此对于输送管线必须提高强度以保证安全性。

在我国二次西气东输中，普遍采用X80管线钢以替代X70等钢种，大幅度降低了成本，提高了经济效益。

文章对X80管线钢在生产过程中发生的问题进行解析，并提出在应用过程中的观点。

关键词：X80;管线钢;分析1 批量投产X80钢板问题解析1.1 在热连轧机组的生产工艺窗口窄，对工艺参数变化敏感二次西气东输需用厚度为18.4 mmX80级螺旋焊管近200万t，厚度为22，26和33 mm的直缝埋弧焊管约50万t。

其中厚度为18.4 mm的X80管线钢由国内性能先进的几套热连轧机组供应。

在试生产阶段X80管线钢成品率出现波动。

经分析发现，X80管线钢的DWTT性能对显微组织状态异常敏感，只有针状铁素体为基体主要组成的才能通过DWTT试验。

要获得这种显微组织对工艺要求很高，需严格控制工艺参数才能得到。

同X70管线钢比较，X80管线钢对轧机性能要求高，工艺窗口很窄，这是两者生产工艺的根本区别。

1.2 单板轧机轧制X80管线钢的工艺难度随钢板厚度增加而增大国内几个拥有比较先进单板轧机和轧后在线冷却设备的轧钢厂在轧制22 mm以下的X80管线钢板方面，都能获得预期显微组织，也具备合乎要求的机械性能。

但当生产更厚的X80管线钢板时出现困难，轧出钢板的DWTT不能达标。

其原因主要在于热坯料热强度高，成品钢板过厚，给精轧过程造成困难，成品钢板中出现了明显的混晶现象，同时轧后在线冷却能力相对于此规格的钢板不足。

对此，最有效的办法是提高轧机能力，并配置强力的在线水冷装备，只有具备这些前提，才能够稳定地生产符合要求的25～33 mm的X80级管线钢板。

1.3 国产X80管线钢由于制管成型被加工硬化而导致管体屈强比超过0.93考虑到材料强度，并保证管线的安全性，最大屈强比一般应小于0.93。

自X80管线钢大规摸投产以来所生产的管线钢板经JCO法或螺旋焊管制成钢管后，在管体上取样做拉伸试验的屈服强度大幅度上升，原来屈强比为0.75～0.90的管线钢板在成管后屈强比上升为0.85～1.0，其中有相当一部分因超过0.93而变成不合格品。