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我国不锈钢管道脆性断裂研究的新进展
发表于:2020-02-20 17:24:38

  早在20世纪60年代初期,巴特尔纪念研究所与美国燃气协会研究委员会合作,实施了NG-18研究项目,进行了不锈钢管道断裂扩展控制的试验和理论研究。巴特尔纪念研究所开发和进行了超过100次试验,其中包括全尺寸气体爆破试验和被称为“西杰弗逊试验”的部分气体爆破试验。部分气体低温爆破试验是研究不锈钢管低温断裂性能的重要手段。试验采用4572~6096 mm的容器,容器上含有加工的轴向缺口,并安装有压力传感器、热电偶和计时线,分别用于获取内部压力、温度和裂纹扩展速度。在部分气体爆破试验中,测试容器注入其体积85%~90%的水、盐水或其他低凝点液体,测试容器在恒温控制下采用氮气加压,直到发生失效。巴特尔同时开发了落锤撕裂试验,用于评估管线钢抗脆性断裂扩展的能力。通常要求在管道服役温度下的SA≥85%。在DWTT标准测试程序中规定,断口形貌应为从脆性断裂过渡到延性断裂,或者全部为延性断裂。这种类型的断裂模式称为正常断裂。而逆向断裂行为是从缺口处先延性启裂,然后转变为脆性断裂。按API RP 5L3标准的规定,应判为无效试样。


   近年来,随着高寒地区油气资源的开发和二氧化碳输送不锈钢管道断裂控制的研究,现代高钢级管线钢的低温断裂行为也成为输送钢管研究的热点之一。现代高钢级、高韧性管线钢的断裂行为与传统的低钢级、低韧性管线钢有显著不同,特别是在DWTT试验中频繁出现逆向断裂现象,给断口剪切面积的评定以致止裂判据的制定都造成了很大困扰。欧美和日本管道界相继进行了多次低温爆破试验,重点是研究高钢级、高韧性管线钢的逆向断口对低温止裂性能的影响。在IPC 2016大会上发布了多篇关于低温爆破试验的论文,并给出了大量试验数据和对DWTT逆向断口的评判建议,部分意见认为逆向断裂并不影响管线钢的脆性断裂止裂能力,不应计入脆性面积,但尚未达成共识,未能纳入API等标准。相比延性断裂控制的快速进展,我国不锈钢管道防止低温脆性断裂的研究相对落后。李鹤林院士多次提出,我国管道界要重视低温断裂控制问题。由于种种原因,我国的管道低温爆破试验迟迟未能开展,与西方先进国家有半个世纪的差距。西部某些站场不得不采用伴热和保温手段解决防脆断问题。在中俄东线天然气管道建设需求的推动下,中石油启动了低温断裂控制研究项目,开展低温脆性断裂控制的机理研究、标准开发以及低温环境用不锈钢管、弯管和管件的研发。


  2018年8月2日,在哈密不锈钢管道断裂试验场成功进行了国内首次X80钢级Φ1422 mm管道低温爆破试验并获得圆满成功,实现了零的突破。2018年11月22日,低温环境(-45℃)用三通、钢管和弯管通过鉴定。这两项成果标志着我国在管道低温断裂控制方面取得了重大进展。