X70钢焊接接头在海水中的应力腐蚀行为研究

论文题目: X70钢焊接接头在海水中的应力腐蚀行为研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 孙新阁

导师: 霍立兴

关键词: 管线钢,应力腐蚀,裂纹扩展速率,安全评定

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 海底管道作为一种焊接结构,担负着输送石油、天然气等介质的重要任务。在管道加工制造和使用过程中,结构内不可避免地产生裂纹和类裂纹缺陷。而结构在环境中使用时,一旦发生应力腐蚀,这些缺陷将决定着结构的使用寿命。为了模拟和反映结构在海水中发生应力腐蚀开裂的上述客观状况,采用预制疲劳裂纹试样对X70管线钢在海水中应力腐蚀行为进行研究。本文通过楔形张开加载恒位移试验,在实验室环境中采用具有代表性的3.5%氯化钠水溶液,对X70钢焊接接头的应力腐蚀性能进行研究,测出并计算了焊缝和热影响区的应力腐蚀临界强度因子和应力腐蚀裂纹扩展速率。热影响区和焊缝的临界应力强度因子KISCC分别为55.7093 MPa·和37.9989 MPa·,裂纹扩展速率da/dt分别为3.38×10-9mm/s、3.9×10-9mm/s。试验结果表明,焊缝比热影响区具有更高的应力腐蚀敏感性。根据几何模型,使用ANSYS计算并绘制了沿裂纹方向的静水压力分布图,沿裂纹方向的三轴应力分布图和沿裂纹方向的氢浓度分布图。其有限元的数值分析结果和试验结果是一致的。基于“合于使用”原则,采用K准则的缺陷评定方法和应力腐蚀裂纹扩展速率评定方法,对实际使用中的X70管线钢进行安全评定。K准则的缺陷评定方法是以K准则为基础,将缺陷处的应力强度因子与试验得到的材料的临界应力强度因子KISCC相比较,若KI<KISCC,则裂纹不扩展,安全;若KI>KISCC,则裂纹起裂扩展,这种情况下,裂纹扩展到什么程度将失效,需要用应力腐蚀裂纹扩展速率评定方法进一步评定。对初始裂纹a0到临界裂纹af进行积分,得出裂纹的扩展寿命N,如果使用寿命N已经达到设计寿命,可是极限裂纹尺寸还没有达到,那么该缺陷a0可以接受,反之则不可以接受。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景

1.2 评定方法

1.3 文章主要研究目的

第二章应力腐蚀机理及影响因素

2.1 应力腐蚀机理

2.2 发生应力腐蚀的条件

2.3 应力腐蚀抗力指标及测试方法

2.4 影响应力腐蚀的因素

第三章 X70 管线钢在海水中的应力腐蚀行为

3.1 试验用钢的化学成分

3.2 金相组织观察

3.3 焊接接头硬度测试

3.4 楔形张开加载恒位移(WOL)试验

3.5 数据处理

3.6 几何模型及有限元网格划分

3.7 分析讨论

3.8 小结

第四章管道缺陷的应力腐蚀评定方法

4.1 海底输油管线受力分析及缺陷类型

4.2 基于“合于使用”原则的安全评定

4.3 应力腐蚀裂纹扩展速率评定方法

4.4 应力腐蚀评定程序

4.5 对海底输油管线进行评定

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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X70钢焊接接头在海水中的应力腐蚀行为研究

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