管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口分析与评价

冯耀荣，陈宏达

(石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室，中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077)



·试验研究·

管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口分析与评价

冯耀荣，陈宏达

(石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室，中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077)

针对管线钢和钢管落锤撕裂试验(DWTT)出现的异常断口进行了分析研究，提出了DWTT断口和异常断口的分类方法，形成异常断口评判方法，部分成果被纳入国家和行业标准，应用于高钢级管线钢和钢管异常断口的分析评价。

管线钢；管线钢管；落锤撕裂试验；异常断口；脆性断裂控制

0 引 言

为了改善Charpy冲击试验评价材料韧性及韧脆转化趋势的局限性，国际上发展了用全壁厚落锤撕裂试验(DWTT)进行材料韧性及韧脆转化趋势的方法。并建立了管线钢和船板落锤撕裂试验方法标准，在其质量控制和验收评价中得到了广泛应用[1-5]。

式中：G为张家界旅游客源市场的地理集中指数；Xi为第i个客源地的游客数量；T为目的地接待的游客总量；n为客源地总数。G值越接近100，游客来源越集中，客源市场越容易受到客源地的社会、经济、政治等变化的冲击；G值越小，则客源市场越分散，虽然旅游经营稳定，但不利于旅游地制定市场营销战略，进行高效的促销活动。

随着我国重大管线建设的进行，高钢级大口径高压输气管线钢和钢管的钢级和璧厚逐渐增加，DWTT异常断口更是频繁出现[10]。对DWTT异常脆性断口进行深入研究，合理评判异常断口、准确反映材料的韧脆性断裂行为，对高钢级管线钢和钢管的发展应用，特别是保证管线的安全具有重要的现实意义。本文介绍了近年来国内外在高钢级管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口分析与评价方面的研究成果和应用情况[6-15]。

方法2：评判区域，将从缺口根部和锤击侧各扣一个壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，剩余面积为评判区域；脆性面积的计算：当孤立的脆性区分布不超过从锤击侧算起的25 mm范围时，可忽略不计；超过25 mm范围时，孤立分布的脆性区面积全部计算在内。有效评判区域内其余部位的脆性区按实际面积进行计算。

1 管线钢和钢管落锤撕裂试验断口分类

按以上5种方法，对于图3所示的四种典型的异常断口进行评判，结果见表1。

图1 正常断口(左)和异常断口(右)

赵永生(1962—)，男，辽宁朝阳人，教授，博士，研究方向为船舶智能控制。E-mail：dmuzys@163.com

图2 DWTT断口分类

2 管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口分类

图3 DWTT异常断口分类

3 管线钢和钢管落锤撕裂试验异常断口的评判方法

方法5：评判区域，在锤击侧扣除1.5倍壁厚、缺口根部扣除5 mm，剩余面积为评判区域；脆性面积的计算，所有在评判区域内的脆性区均按实际面积计算，不连续的区域先独立计算，再累加，其中断口中部的三角形脆性区的面积要乘系数0.5。

根据异常断口中脆性区的分布特征，将异常断口分为四种情况：第Ⅰ种异常脆性断口，脆性区分布在锤击侧1个壁厚范围内；第Ⅱ种异常脆性断口，脆性区在锤击侧，分布超出一个壁厚范围，但没有超过从锤击侧算起的断裂韧带的中线；第Ⅲ种异常脆性断口，脆性区分布在断口韧带中部，从锤击侧算起超过断裂韧带的中线；第Ⅳ种异常脆性断口，脆性区出现得更早，距缺口的最近距离小于1个壁厚[6],见图3。

1)根据起裂区和断口的特征，分为正常断口和异常断口，见图1。

方法3：评判区域，在锤击侧扣除1.5倍壁厚、缺口根部扣除5 mm，剩余面积为评判区域；脆性面积的计算，所有在评判区域内的脆性区均按实际面积计算，不连续的区域先独立计算，再累加。

方法4：评判区域，将从缺口根部和锤击侧各扣一个壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，剩余面积为评判区域；脆性面积的计算，顺沿断裂扩展方向，将断口厚度有明显增大处之后区域里的脆性面积忽略不计，其余脆性区按有效评判区内的实际面积进行计算。

出现异常断口的试样，应作为有效试样，并按下述方法进行评定[6]：

本文提出的高钢级大口径高压输气管线钢和钢管落锤撕裂试验断口分类和异常断口评判方法，解决了异常断口评判难题，可满足高钢级管线钢和钢管质量控制与验收评价的需要。

4 应用举例

据统计，从2001年到2017年，中国的货物进口平均年增长速度是世界进口增速的2倍。11月7日，国家商务部在进博会上表示，三天内，近百家电子商务企业与30余个国家和地区的400多个国际品牌对接，涉及新型电子消费产品、家电、服装服饰、美妆、医药、食品、生鲜等各品牌领域。

方法1：评判区域，将从缺口根部和锤击侧分别扣除一个壁厚，壁厚大于19 mm的只扣除19 mm，所剩区域定为断口的有效评判区；脆性面积的大小，按有效评判区内的实际面积进行计算。

表1 典型实际断口评判结果(塑性区面积%)

2)依据落锤撕裂试验宏观断口上裂纹起源及扩展的特征，将断口分为四大类：第一类断口，韧性起裂、韧性发展(正常断口)；第二类断口，韧性起裂、扩展中伴有脆性特征(异常断口)；第三类断口，脆性起裂、韧性和脆性混合扩展(异常断口)；第四类断口，脆性起裂、脆性发展(正常断口),见图2。这四类断口反映了材料的韧性依次下降[6,10]。

本文提出的5种异常断口的评价方法，从评价结果来看，基本上反映了断口的脆化程度。同时这5种评价方法对四类异常断口的评价结果不尽相同，宽严程度不一，有的还有较大不同。因此，针对具体管道钢和钢管异常断口的评价，可按上述5种评价方法对比评价后由用户针对某种异常断口选择其中一种方法使用。

基因驱动可以将特定基因遗传给99%的后代，常规基因的遗传率则只有50%。利用基因驱动将“自毁基因”（不育基因）引入蚊子的DNA中并遗传下去，就能让蚊子绝育。奥斯汀·伯特的团队已经将dsxFCRISPRh等位基因引入冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）体内，获得了前所未有的结果，在实验室中让这一蚊子种群完全崩溃，达到了“种族灭绝”的目标。

例如，从最严格和最保守的角度，对于第Ⅰ种异常断口，采用方法1进行评价；对于第Ⅱ种异常断口，采用方法2进行评价；对于第Ⅲ种异常断口，采用方法2进行评价；对于第Ⅳ种异常断口，采用方法3进行评价。当然，如果采用较宽松的方法，方法5比较合适。

布鲁姆教学目标分类理论的发展从1956年的1.0版本——金字塔形状(识记、理解、应用、分析、综合和评估)到2001年由布鲁姆的学生Anderson等人提出的2.0版本——金字塔形状(识记、领会、运用、分析、评价和创造)。布鲁姆将教育目标划分为认知领域、情感领域和操作领域，共同构成教育目标体系。认知领域的教育目标可分为从低到高的六个层次：即识记→领会(理解)→运用→分析→评价→创造，学生的思维由低阶思维能力向高阶思维能力发展，教育目标从基础目标向高级目标发展(图1)[5]。

5 结 论

根据管线钢和钢管落锤撕裂试验断口裂纹起裂和扩展形貌特征、异常断口中脆性区的分布特征对试验断口和异常断口进行了分类，提出了异常断口评判方法，形成国家发明专利，补充了相关国际标准的缺失，纳入相关国家和行业标准，在高钢级管线钢和钢管质量性能评价和脆性断裂控制中得到应用。

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Analysis and Assessment on DWTT Abnormal Fracture of Pipeline Steels and Pipes

FENG Yaorong,CHEN Hongda

(StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,CNPCTubularGoodsResearchInstitute,Xi′an,Shaanxi710077,China)

This paper introduced the latest research results on analysis and assessment for Drop Weight Tear Test (DWTT) abnormal fracture of pipeline steels and pipes. It is proposed that classification and assessment methods of DWTT fracture surface including abnormal fracture. The research results has been adopted in related national and industry standards, and used for the analysis and assessment of DWTT abnormal fracture of high strength pipeline steels and pipes.

pipeline steel; steel pipe; drop weight tear test; abnormal fracture; brittle fracture control

冯耀荣，男，1960年生，博士，教授级高工，1982年毕业于西安交通大学金属材料及热处理专业，主要从事石油管材及装备材料服役行为与结构安全研究工作。E-mail:fengyr@cnpc.com.cn

TG142

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2096-0077(2016)05-0018-03

2016-08-26 编辑：马小芳)