管線鋼DWTT沖擊韌性測試

管線鋼DWTT沖擊韌性測試陜西科技大學山靜民1、 對管線鋼而言，安全性無疑是最重要的因素，由于輸送管道有可能要經(jīng)歷高寒或高溫地帶，深海，地震多發(fā)地帶等各種復雜而且嚴酷的條件，所以要求管線鋼具有高強度、高韌性、高變形能，產(chǎn)品的穩(wěn)定性，高焊接性能、耐低溫性能。另外為了降低成本，提高輸送效率，國內(nèi)外都在盡可能地提高輸送管線用管線鋼的級別，據(jù)資料記載［1］，若以APIX65為基礎，當使用X80時，成本會降低5%,使用X100時，成本會降低8%。2、 隨著管線鋼級別的提高，對管線鋼測試的方法和手段也在發(fā)生著相應的變化。主要表現(xiàn)在：單純使用夏比沖擊試驗已不能滿足對管線鋼的要求。由于管線鋼落錘撕裂試驗(DWTT)的結(jié)果與鋼管全尺寸爆破試驗結(jié)果相當吻合，容易操作，并且更接近材料的使用狀態(tài)，因此人們希望用落錘撕裂試驗的錘斷能量值來代替夏比沖擊功值，對高韌性、大壁厚的管線鋼的斷裂韌性進行評價。國內(nèi)外雖然也使用大能量擺錘進行管線鋼的沖擊韌性試驗，但由于它占用面積太大，最大能量通常要受到限制。在日本，過去最大做到30000焦耳，可測最大板厚為22mm。為了測試高性能、大厚度管線鋼的沖擊韌性，就要使用5-10萬焦耳的落錘沖擊試驗機。如果說在使用擺錘式?jīng)_擊試驗機時，人們還可以通過指針觀察試樣的吸收能量，盡管它提供的信息很少。但當使用落錘式?jīng)_擊試驗機以后，人們則無法知道試樣吸收能量到底是多少。在管線鋼開始開發(fā)階段，人們通過觀察試樣斷面剪切面積的百分比，即SA%來評定試樣的沖擊韌性。但到了高性能管線鋼出現(xiàn)之后(特別是X80出現(xiàn)以后)，落錘示波沖擊測試系統(tǒng)就必不可少了。這是因為，高標號的管線鋼在常溫下，甚至在較低溫下都表現(xiàn)出很好的韌性，剪切面積百分比可以達到100%，下面這兩個表格摘自參考資料［2］。不難看出，對于X70以上的高等級管線鋼，已經(jīng)無法用SA描述沖擊韌性。為了定量描述沖擊韌性，必須配備示波沖擊測試系統(tǒng)。Table1ProAucdonresultsofX100linepipesIdlheataverage}ProjtxlOD(nun)WT(nun)IferiMkprcipenies{naiitidIxir申euimen〕lesiDWTTDircctio口(MPa)ISiMPajLL〔％】KT旳vt.J)Lit-y>cSA%jt-S<II219.('I4.JTiynsver^e伽21912411.00LcL^ziludinnlSOL22782?L4413.2Tra.nsver￥se貼12292236l.(KILcL^iludinnl642￡162379(kterdiAnieter,WTWsillIhickreHc,YS?Yidd TS:Ttnsilestrength,E.L-Elnrgntian.Yieldratio；,vE:貯iurpyabs^rbfdenet■郎D^TT':Drajjwighttedi館乩SA:Sluo?qtmAPIgrade['ipcnuuLbcfTeiLsilepcopprties*1IjiipadpioperliesEAVTTH［匚出￥S(MEHl)IS(MPa)EL(%|!f-'T阿｝vElJl汨-1護CSAS4atODC€XJA(%)180^X701531.61?鮎?.?J73IDO-0.0.0-0252i60022JOO*0B0/d0,0*0r|[JskJ1J?fuJ:uigliitpecimerL,trins..di.recli.&n押HACETI402閑TdiidonA￥S:yifkl礬dxTS:tensile^tiTn^tli.1;,T:Ti^iddiaiiosEL.EJixi^ati^n.vE:Cliarp?-absefbedcui7ri!ii,;DWTT:DropwaghltearbMt,SA:Shsire-nn?xKK':Hydnsg-mmd-ucrd.cuackina^<.'LJLCrackLen._g.iJimbo3、 測試系統(tǒng)的現(xiàn)狀我國從前沒有示波沖擊測試系統(tǒng)，外國人欺負我們。例如國內(nèi)有的廠家從Zwick公司買入的帶有示波沖擊的擺錘花了100萬元。但是他們的質(zhì)量是否就很好呢，據(jù)我所知，也未必好。有的沒使用多長時間，某鋼廠從Zwick公司買入的帶有示波沖擊的擺錘一開始就不好使。國內(nèi)某研究所從國外購進的落錘，其示波沖擊測試系統(tǒng)沒用多久就壞了，而且無法修復。我們開發(fā)的落錘DWTT測試系統(tǒng)，功能絕不比他們的差，以ZWICK為例,他們只提供最大載荷時的時間、力，位移，速度，和吸收能量，以及總位移和總的吸收能量，而我們還會提供屈服時的時間，屈服力和屈服時的能量。此外，我們新近推出的新版本中，還增加了重現(xiàn)過去的試驗的功能，對于從前做過的試驗，可以重新進行數(shù)據(jù)提取、顯示和分析。還增加了曲線自動寫入試驗報告的功能，無論試驗進行得多快，都能保證準確無誤的采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)和試驗報告。使用壽命長，故障率低。從鞍鋼安裝的第一臺測試系統(tǒng)起，到現(xiàn)在，已安裝了近十家，沒有一家因為我們產(chǎn)品的質(zhì)量原因而出現(xiàn)故障。我們的價格之及國外產(chǎn)品的幾分之一。4、 關(guān)于測試結(jié)果的精確度問題毫無疑問，這個問題是用戶最關(guān)心的問題。曲線形狀：圖1是ASTM14556-2000標準給出的夏比沖擊試驗力-位移曲線和能量-位移曲線，圖2是ZWICK擺錘式?jīng)_擊試驗機測試系統(tǒng)給出的力-位移曲線和能量-位移曲線，圖3是我們的DWTT測試系統(tǒng)給出的某生產(chǎn)廠生產(chǎn)的X70管線鋼的力-位移曲線和能量-位移曲線((a)和(b)是不同廠家生產(chǎn)的)，不難看出我們給出的曲線形狀和二者是完全一致的。(b)沖擊韌性好(b)沖擊韌性好圖1 ASTM14556給出的曲線圖2ZWICK的曲線294.0277.7261.4245.0228.7212.4196.0179.7163.4147.0130.7114.398.081.765.349.032.716.3°° 0.00 8.09 16.19 24.28 32.38 AU.47 48.57 56.66 64.75245.4231.8218.2(a)沖擊韌性差0.00 9.01 18.0227.03 36.04 45.0554.06 63.07 72.08294.0277.7261.4245.0228.7212.4196.0179.7163.4147.0130.7114.398.081.765.349.032.716.3°° 0.00 8.09 16.19 24.28 32.38 AU.47 48.57 56.66 64.75245.4231.8218.2(a)沖擊韌性差0.00 9.01 18.0227.03 36.04 45.0554.06 63.07 72.08(b)沖擊韌性好圖3作者開發(fā)的測試系統(tǒng)給出的曲線2）精度在鞍鋼50000焦耳的落錘試驗機上現(xiàn)場進行試驗，錘擊了很多塊試樣，測試系統(tǒng)沒有出現(xiàn)過一次失誤。在試驗中有三塊厚度為43mm的某種材質(zhì)的試樣未錘斷,其測試結(jié)果如表1所示。該結(jié)果恰好說明了測試結(jié)果的可信程度，表1某鋼材的能量測試結(jié)果試驗編號試樣厚度（mm）落錘咼度（mm）重錘位能（J）實測能量（J）最大載荷（KN）實測能/重錘位能（J）誤差051025-5431200204032009657498.49%1.51%051025-7431500255042498059297.94%2.06%051025-8432000340063338161298.1%1.9%從試驗結(jié)果可見：這三個未斷試樣的測試曲線具有形狀的一致性，實測能量與理論上的重錘位能誤差很?。s為2%），在很大的能量區(qū)間內(nèi)都能保持很小的測試誤差，說明該測試系統(tǒng)再現(xiàn)性好、精度高、線性好。在后來為多家生產(chǎn)廠所安裝的測試系統(tǒng)都得到了像鞍鋼那樣的試驗結(jié)果。通過多個廠家，多次的測試，完全能夠達到美國資料介紹的5%的試驗精度[4]。4使用示波沖擊測試系統(tǒng)的實際意義1）如前所述，對于高標號的管線鋼，常溫下，其剪切面積比SA為100%，這時不使用示波沖擊測試系統(tǒng)，無法描述其沖擊韌性，也無法知道其在動態(tài)沖擊作用時的屈服力和最大力，無法保證對管線鋼高強度高韌性的要求2）幫助管線鋼生產(chǎn)廠提高產(chǎn)品性能

0.00 8.09 16.19 2^1.28 32.38 40?們^18.57 56.66 6^1.75竊?疑以—0.00 8.09 16.19 2^1.28 32.38 40?們^18.57 56.66 6^1.75竊?疑以—(BI壯曲更圖4圖3(b)的放大圖我們把圖3(b)放大后，可以明顯看出該試樣的不穩(wěn)定裂紋從啟裂到止裂的擴展過程，同樣是X70試樣，圖3(a)所示的曲線就不存在這樣的過程，同時從其曲線的形狀也可以看出，其屈服過程并不明顯，載荷在到達最大值后立即迅速下降，都表明其沖擊韌性較差。據(jù)此生產(chǎn)廠就可以清楚知道自己產(chǎn)品的質(zhì)量情況而加以改進。對于鋼管廠來說，把好管線鋼板的質(zhì)量關(guān)是保證自己產(chǎn)品質(zhì)量的前提。有了示波沖擊測試系統(tǒng)，雖然幾個鋼廠生產(chǎn)的都是同一個鋼號，對其各家的鋼板只要進行隨機抽樣試驗，其質(zhì)量的差異立即會顯現(xiàn)出來。對于輸送管道的工程承包商，具有同樣重要的意義。對于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的意義經(jīng)過在多家生產(chǎn)廠的實際測試，我們發(fā)現(xiàn)各廠生產(chǎn)的管線鋼都不同程度的存在著質(zhì)量不太穩(wěn)定的情況。對于同一種鋼號相同厚度的試樣，其沖擊韌性有時會產(chǎn)生很大的差異。有人也曾懷疑測試系統(tǒng)會不會有什么問題，但是一個不容置疑的事實立即否定了這樣的懷疑，那就是相同的試樣有的在較低的跌落高度下就被砸斷，有的則在較高的跌落高度下也砸不斷。而對于砸不斷的試樣，對吸收能量測試的結(jié)果依然很接近重錘所具有的位能。事實上，各國生產(chǎn)的管線鋼也存在同樣的問題。下圖是日本福山制鐵所生產(chǎn)的X80管線鋼夏比沖擊試驗能量分布的直方圖［1］。不難看出，X80管線鋼在-5度時夏比試驗能量的均值為250J，試驗結(jié)果幾乎成正態(tài)分布，有極少數(shù)試樣能量很小或很大。Pipesize:砂OD.xW.T.Fig.1CharpyabsorbedenergystatisticaldataofXSOlinepipemass-producedinNKK我們也建議企業(yè)的質(zhì)量管理部門或技術(shù)部門在規(guī)定沖擊韌性的指標時，把試樣吸收能量均值和方差作為質(zhì)量監(jiān)督的一個指標。我們在我們的擺錘夏比沖擊測試系統(tǒng)中增加了這一功能，無論操作者以多大的頻度試驗系統(tǒng)都能自動記錄分析數(shù)據(jù)，最后給出能量的直方圖，均值和方差來。質(zhì)量檢驗部門可以據(jù)此實行質(zhì)量控制，技術(shù)部門可以據(jù)此改進工藝。結(jié)束語本文介紹了國外管線鋼DWTT試驗的情況，說明了示波沖擊測試系統(tǒng)在DWTT試驗中的必要性，把作者開發(fā)的測試系統(tǒng)的測試曲線和ASTM標準以及國外ZWICK的測