一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法技术

本发明专利技术公开了一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，按照通用标准加工DWTT试样，然后在DWTT试样的缺口根部预制裂纹，在DWTT试样背部加背槽，以保证X90/X100钢管DWTT试样断口形貌为正常断口，进行DWTT试验。本发明专利技术方法制备的DWTT试样呈现先脆后韧特征，可有效消除异常断口。

A Method of Avoiding Abnormal Fracture of X90/X100 Pipeline Steel Dropping Weight Sample

The invention discloses a method for avoiding abnormal fracture of drop hammer sample of X90/X100 pipeline steel. The DWTT sample is processed according to the general standard, then the crack is prefabricated at the notch root of the DWTT sample, and a back groove is added on the back of the DWTT sample to ensure that the fracture morphology of the DWTT sample of X90/X100 pipeline steel pipe is normal, and the DWTT test is carried out. The DWTT sample prepared by the method of the present invention has the characteristics of brittleness before toughness, and can effectively eliminate abnormal fracture.

【技术实现步骤摘要】
一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法
本专利技术属于材料韧性测试
，具体涉及一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法。
技术介绍
天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，高压天然气管道一旦长程开裂将造成巨大难灾和损失，因此必须保证管道的安全性。为了提高管道输送的经济性，天然气管道发展的趋势是向高钢级(高强度级别)方向发展。加拿大从2000年开始，在世界上率先开展了X100管道的全尺寸爆破试验，并建设了X100试验段。中石油从2012年开始，设立了“第三代大输量天然气管道工程关键技术研究”重大专项，开展X90/X100管道的工业应用研究。钢管DWTT断口的剪切面积是评判高钢级管道中高速扩展的裂纹能否止裂的关键技术指标。在国内X90/X100钢管小批量试制过程中发现，90％以上的DWTT试样会出现异常断口。根据API5L/ISO3183的规定，正常DWTT断口形貌应为脆性起裂，然后韧性扩展。而当出现异常断口时，裂纹在DWTT试样缺口根部以韧性起裂，在随后的断裂扩展中断裂的形式由韧性转变为脆性。根据APIRP5L3的规定，当DWTT试样出现异常脆性断口时，试样应判为无效，需要重新取样试验。已有研究表明，高韧性大壁厚钢管宜出现异常断口。而对于X90/X100钢管而言，由于其冶炼工艺及纯净度的进一步提升，即便在壁厚较薄(21.4mm以下)，较低韧性情况下(300J一下)，仍会出现大量异常断口。因此需要设计一种针对X90/X100钢管的改进的DWTT试样，来保证在进行X90/X100钢管DWTT试验时，断口形貌为正常断口。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，消除X90/X100钢管DWTT试验中异常断口的产生。本专利技术采用以下技术方案：一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，按照通用标准加工DWTT试样，然后在DWTT试样的缺口根部预制裂纹，在DWTT试样背部加背槽，以保证X90/X100钢管DWTT试样断口形貌为正常断口，进行DWTT试验。具体的，加工DWTT试样具体为：切取标准DWTT试样，采用压制锤头在标准DWTT试样上压制缺口。进一步的，压制锤头的刃口角度为45°，缺口尺寸为5mm。具体的，预制裂纹具体为：利用万能试验机设备，通过压制锤头在缺口的背面施加载荷，预制初始裂纹，当压制锤头加载至最大载荷后，继续加载；当载荷下降1.25％±0.25％最大载荷时，停止加载，得到预制裂纹。进一步的，正向加载结束后通过反压消除试样弯曲。具体的，预制裂纹的长度为3～5mm。具体的，在DWTT试样背部加背槽具体为：采用线切割方式在DWTT试样背部中间位置开背槽，并采用硬质合金样品填充。进一步的，背槽宽5mm±1mm，长20mm±1mm。进一步的，硬质合金为淬火态X100材料。具体的，DWTT试验时，落锤试验机的锤击能量在100000J以上。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，异常断口为DWTT试样起裂的时候呈现韧性，而后转变为脆性的一种断口特征，按照现有标准规范，被定义为无效试样。通过在起裂部分预制裂纹的方法，造成韧性起裂；在试样背部加背槽的方法，避免裂纹脆性止裂；规定最小击打能量100000J，来提高裂纹扩展速度。避免异常断口的出现。进一步的，与传统压制缺口相比，预制裂纹后，由于裂纹尖端非常尖锐，应力更加集中，起裂消耗能量更小，因此更容易脆性起裂。进一步的，预制裂纹的长度为3～5mm，裂纹长度过小，脆性起裂的效果不明显。裂纹长度过长，会造成试样有效断口面积减少。。进一步的，无背槽试样在遭受落锤试验机锤头击打时，试样背部发生极大的变形。一方面，背部极大的变形会吸收消耗大量的击打能量，从而造成用于裂纹起裂和扩展的能量不足，使得起裂部分呈现韧性断口特征，造成异常断口。另一方面，背部极大的变形造成背部发生加工硬化，当裂纹扩展到试样背部时，此部分会呈现脆性特征，造成异常断口。进一步的，淬火态X100材料强度极高、同时延性差。因此在受落锤试验机锤头击打时，变形极小，可以将锤头击打能量完整的传递到试样中部，避免试样背部产生脆性区。进一步的，落锤试验机的锤击能量在100000J以上，大的击打能量，可以提高裂纹扩展速度，造成脆性起裂。综上所述，本专利技术方法制备的DWTT试样呈现先脆后韧特征，可有效消除异常断口。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术DWTT试样示意图，其中，(a)为试样示意图，(b)为缺口放大图；图2为初始裂纹预制加载方式示意图；图3为预制裂纹加载曲线；图4为预制的初始裂纹；图5为背槽示意图；图6为DWTT试样断口形貌图；图7为常规DWTT试样。其中：1.DWTT试样；2.缺口；3.压制锤头；4.被槽；5.预制裂纹。具体实施方式本专利技术提供了一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，首先按照通用标准加工普通DWTT试样，然后通过在试样缺口根部预制初始裂纹，在试样背部加背槽，提高DWTT试验时锤击能量，来保证X90/X100钢管DWTT试样断口形貌为正常断口。本专利技术一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，包括以下步骤：S1、DWTT试样加工按照Q/SYGJX101“输气钢管通用技术条件”，切取标准DWTT试样1(长305mm，宽76.2mm，壁厚为钢管原壁厚)，并应用刃口角度为45°的特制工具压制锤头3压制5mm缺口2。加工后的DWTT试样尺寸如图1所示。S2、初始裂纹预制利用万能试验机设备，通过压制锤头3在缺口2的背面施加载荷，预制初始裂纹，如图2所示。当压制锤头加载至最大载荷后，继续加载。此时由于裂纹的萌生和扩展，DWTT承载能力会下降。当载荷下降1.25％±0.25％最大载荷时，停止加载，如图3所示。按此工艺，得到约5mm长的预制裂纹5，如图4所示。由于加载过程中会造成DWTT试样1发生弯曲，因此在正向加载结束后需要通过反压来消除DWTT试样1的弯曲。S3、背槽加工预制裂纹5完成后，在DWTT试样1背部中间位置采用线切割方式开背槽4，背槽4的宽5mm±1mm，长为20mm±1mm，如图5所示。背槽4用相同尺寸硬质合金(淬火态X100材料)样品填充。加背槽后减少了DWTT试样1形变吸收能，提高了预制裂纹5的扩展速度。S4、进行DWTT试验按照SY/T6476“管线钢管落锤撕裂试验方法”进行DWTT试验，落锤试验机的锤击能量需在100000J以上，按照本方法进行的DWTT试验，试样锤断后其断口为正常断口。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本专利技术实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，其特征在于，按照通用标准加工DWTT试样，然后在DWTT试样的缺口根部预制裂纹，在DWTT试样背部加背槽，以保证X90/X100钢管DWTT试样断口形貌为正常断口，进行DWTT试验。

【技术特征摘要】
1.一种避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，其特征在于，按照通用标准加工DWTT试样，然后在DWTT试样的缺口根部预制裂纹，在DWTT试样背部加背槽，以保证X90/X100钢管DWTT试样断口形貌为正常断口，进行DWTT试验。2.根据权利要求1所述的避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，其特征在于，加工DWTT试样具体为：切取标准DWTT试样，采用压制锤头在标准DWTT试样上压制缺口。3.根据权利要求2所述的避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，其特征在于，压制锤头的刃口角度为45°，缺口尺寸为5mm。4.根据权利要求1所述的避免X90/X100管线钢落锤试样出现异常断口的方法，其特征在于，预制裂纹具体为：利用万能试验机设备，通过压制锤头在缺口的背面施加载荷，预制初始裂纹，当压制锤头加载至最大载荷后，继续加载；当载荷下降1.25％±0.25％最大载荷时，停止加载，得到预制裂纹。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹤，池强，封辉，陈宏达，邵晓东，章传国，黄卫锋，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11