管道材料动态断裂韧性及其对安全性的影响

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材料的断裂韧性是进行管线设计和安全分析的主要参量。断裂韧性不但受温度的影响，而且受加载速率的影响，一些研究表明，随着加载速度的增加，材料断裂韧性降低，但也有相反的研究报道。多数研究表明，降低温度与提高加载速率都将使断裂韧性剧烈降低，正确认识这一规律对油气管线的安全设计与运行非常重要。ASME压力容器设计规范和API RP 579中给出了几种压力容器和管道材料的设计曲线，其中的是所研究的几种材料的下限曲线，在实际使用中有很大的保守性。实际材料的动态断裂韧性和止裂韧性有很大的不同，除温度效应外，动态断裂韧性由于断裂速度的不同变化很大，止裂韧性与试样尺寸有很大关系，对于高韧性材料需要有很大的试样尺寸才可能得到其止裂韧性。在关于材料断裂韧性的研究文献中，较多的是通过试验研究建立断裂韧性与温度之间的关系，文献采用热激活方法通过对普通碳钢的研究，建立了包括温度和加载速度的用小试样进行动态断裂韧性预测的方法。普通碳钢中建立的动态断裂韧性与温度之间的关系是否适合于薄壁高韧性的管线材料，管线钢中的止裂韧性与动态断裂韧性之间有何关系，以及与管道工业中常用的CVN之间的关系足本章解决的问题之一。本章的目的之一是研究管道工程中最常用的X70级材料的动态断裂韧性和止裂韧性，为管线设计与选材提供依据。止裂韧性与动态断裂韧性是管线安全设计与运行的一个关键指标。但止裂韧性的测试较为复杂，工业生产与设计常用CVN指标，由于CVN中包含裂纹起裂与扩展部分，CVN与断裂韧性指标有何关系对CVN的正确使用至关重要。本章的目的之二是研究CVN与断裂韧性以及止裂韧性的关系，为管道设计、选材、工业生产及验收提供指导原则。     本章主要研究内容包括：(1)测量管线材料X70的动态断裂韧性和止裂韧性，以及它们与温度的关系。(2)获得Kld与Kia之间的关系，从而建立用小尺寸试样测量的有效方法。(3)测量X70管线钢在不同温度下的CVN数据，找到CVN与断裂韧性以及止裂韧性的关系，建立用CVN预测止裂韧性的方法。