管道結(jié)構(gòu)安全性及剩余壽命評估.pdf

1、管道在服役過程中，除了外力破壞與腐蝕等外界因素外，材料本身性能的退化和內(nèi)部缺陷在服役載荷下的發(fā)展是決定材料剩余壽命的主要因素，也是對在役管線進行評價與壽命預(yù)測的基礎(chǔ)。本文通過對典型在役城市管線鋼的組織和力學(xué)性能進行大量試驗檢測與分析，研究長期服役后管線鋼的組織和性能退化行為、疲勞裂紋擴展行為。 對長期服役后管線鋼的金相組織觀察表明，材料組織并未發(fā)生明顯退化。管線鋼焊接部位由于受熱循環(huán)影響，熱影響區(qū)組織粗大，焊縫處組織細小，夾雜較

2、多，長期服役后對管道整體安全影響更為明顯。服役管線鋼拉伸、沖擊和硬度試驗分別表明，由于管線鋼變形加工歷程，環(huán)向屈服強度比縱向屈服強度高，雖然兩者仍符合設(shè)計要求，但這種各向異性對于服役安全保障及剩余強度評價仍有一定影響。服役時間較長的管線鋼，環(huán)焊縫受焊接質(zhì)量影響，其20℃沖擊功分散性很大(6-130J)；部分結(jié)果甚至表明，螺旋焊縫的韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為-8.8℃，其脆化較嚴重，已不符合管線運行要求。進一步研究發(fā)現(xiàn)，螺旋焊縫的韌脆轉(zhuǎn)變溫度較其熱

3、影響區(qū)高，這與其組織對沖擊韌性的影響相反，說明焊接質(zhì)量是影響管線鋼沖擊韌性的一個重要因素。材料硬度測量說明，受到熱應(yīng)變脆化，組織的硬度升高，熱影響區(qū)的硬度最大，與強度有明顯對應(yīng)關(guān)系，但韌性最差。時間對不同管線鋼的組織退化規(guī)律和力學(xué)性能脆化規(guī)律基本上一樣。隨著運行時間的增長，材料的組織性能發(fā)生了變化，但是組織的退化發(fā)生在服役20年以后，而性能則在服役15年之后發(fā)生了很多的脆化，而之后變化不大。 利用掃描電子顯微鏡研究了X52管線鋼

4、的疲勞裂紋擴展過程的斷口表面形貌，X52管線鋼的疲勞裂紋擴展過程為預(yù)裂、疲勞裂紋穩(wěn)定擴展和快速擴展。在應(yīng)力比R=0.1時，裂紋擴展速率da/dN=2.023×10-9(ΔK)2.238，R=0.6時，裂紋擴展速率da/dN=3.921×10-9(ΔK)3.148。 在疲勞裂紋擴展速率試驗的基礎(chǔ)上，建立了一種新的含缺陷管道剩余壽命預(yù)測方法，即單參數(shù)疲勞壽命預(yù)測方法，全面的考慮了管線運行過程中不同應(yīng)力比交替作用引起的破壞，能夠很好的