管线钢DWTT冲击韧性测试

管线钢DWTT冲击韧性测试陕西科技大学山静民1、 对管线钢而言，安全性无疑是最重要的因素，由于输送管道有可能要经历高寒或高温地带，深海，地震多发地带等各种复杂而且严酷的条件，所以要求管线钢具有高强度、高韧性、高变形能，产品的稳定性，高焊接性能、耐低温性能。另外为了降低成本，提高输送效率，国内外都在尽可能地提高输送管线用管线钢的级别，据资料记载［1］，若以APIX65为基础，当使用X80时，成本会降低5%,使用X100时，成本会降低8%。2、 随着管线钢级别的提高，对管线钢测试的方法和手段也在发生着相应的变化。主要表现在：单纯使用夏比冲击试验已不能满足对管线钢的要求。由于管线钢落锤撕裂试验(DWTT)的结果与钢管全尺寸爆破试验结果相当吻合，容易操作，并且更接近材料的使用状态，因此人们希望用落锤撕裂试验的锤断能量值来代替夏比冲击功值，对高韧性、大壁厚的管线钢的断裂韧性进行评价。国内外虽然也使用大能量摆锤进行管线钢的冲击韧性试验，但由于它占用面积太大，最大能量通常要受到限制。在日本，过去最大做到30000焦耳，可测最大板厚为22mm。为了测试高性能、大厚度管线钢的冲击韧性，就要使用5-10万焦耳的落锤冲击试验机。如果说在使用摆锤式冲击试验机时，人们还可以通过指针观察试样的吸收能量，尽管它提供的信息很少。但当使用落锤式冲击试验机以后，人们则无法知道试样吸收能量到底是多少。在管线钢开始开发阶段，人们通过观察试样断面剪切面积的百分比，即SA%来评定试样的冲击韧性。但到了高性能管线钢出现之后(特别是X80出现以后)，落锤示波冲击测试系统就必不可少了。这是因为，高标号的管线钢在常温下，甚至在较低温下都表现出很好的韧性，剪切面积百分比可以达到100%，下面这两个表格摘自参考资料［2］。不难看出，对于X70以上的高等级管线钢，已经无法用SA描述冲击韧性。为了定量描述冲击韧性，必须配备示波冲击测试系统。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:贮iurpyabs^rbfdenet■郎D^TT':Drajjwighttedi馆乩SA:Sluo?qtmAPIgrade['ipcnuuLbcfTeiLsilepcopprties*1IjiipadpioperliesEAVTTH［匚出¥S(MEHl)IS(MPa)EL(%|!f-'T阿｝vElJl汨-1护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、 测试系统的现状我国从前没有示波冲击测试系统，外国人欺负我们。例如国内有的厂家从Zwick公司买入的带有示波冲击的摆锤花了100万元。但是他们的质量是否就很好呢，据我所知，也未必好。有的没使用多长时间，某钢厂从Zwick公司买入的带有示波冲击的摆锤一开始就不好使。国内某研究所从国外购进的落锤，其示波冲击测试系统没用多久就坏了，而且无法修复。我们开发的落锤DWTT测试系统，功能绝不比他们的差，以ZWICK为例,他们只提供最大载荷时的时间、力，位移，速度，和吸收能量，以及总位移和总的吸收能量，而我们还会提供屈服时的时间，屈服力和屈服时的能量。此外，我们新近推出的新版本中，还增加了重现过去的试验的功能，对于从前做过的试验，可以重新进行数据提取、显示和分析。还增加了曲线自动写入试验报告的功能，无论试验进行得多快，都能保证准确无误的采集数据、存储数据和试验报告。使用寿命长，故障率低。从鞍钢安装的第一台测试系统起，到现在，已安装了近十家，没有一家因为我们产品的质量原因而出现故障。我们的价格之及国外产品的几分之一。4、 关于测试结果的精确度问题毫无疑问，这个问题是用户最关心的问题。曲线形状：图1是ASTM14556-2000标准给出的夏比冲击试验力-位移曲线和能量-位移曲线，图2是ZWICK摆锤式冲击试验机测试系统给出的力-位移曲线和能量-位移曲线，图3是我们的DWTT测试系统给出的某生产厂生产的X70管线钢的力-位移曲线和能量-位移曲线((a)和(b)是不同厂家生产的)，不难看出我们给出的曲线形状和二者是完全一致的。(b)冲击韧性好(b)冲击韧性好图1 ASTM14556给出的曲线图2ZWICK的曲线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)冲击韧性差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)冲击韧性差0.00 9.01 18.0227.03 36.04 45.0554.06 63.07 72.08(b)冲击韧性好图3作者开发的测试系统给出的曲线2）精度在鞍钢50000焦耳的落锤试验机上现场进行试验，锤击了很多块试样，测试系统没有出现过一次失误。在试验中有三块厚度为43mm的某种材质的试样未锤断,其测试结果如表1所示。该结果恰好说明了测试结果的可信程度，表1某钢材的能量测试结果试验编号试样厚度（mm）落锤咼度（mm）重锤位能（J）实测能量（J）最大载荷（KN）实测能/重锤位能（J）误差051025-5431200204032009657498.49%1.51%051025-7431500255042498059297.94%2.06%051025-8432000340063338161298.1%1.9%从试验结果可见：这三个未断试样的测试曲线具有形状的一致性，实测能量与理论上的重锤位能误差很小（约为2%），在很大的能量区间内都能保持很小的测试误差，说明该测试系统再现性好、精度高、线性好。在后来为多家生产厂所安装的测试系统都得到了像鞍钢那样的试验结果。通过多个厂家，多次的测试，完全能够达到美国资料介绍的5%的试验精度[4]。4使用示波冲击测试系统的实际意义1）如前所述，对于高标号的管线钢，常温下，其剪切面积比SA为100%，这时不使用示波冲击测试系统，无法描述其冲击韧性，也无法知道其在动态冲击作用时的屈服力和最大力，无法保证对管线钢高强度高韧性的要求2）帮助管线钢生产厂提高产品性能

0.00 8.09 16.19 2^1.28 32.38 40•们^18.57 56.66 6^1.75竊«疑以—0.00 8.09 16.19 2^1.28 32.38 40•们^18.57 56.66 6^1.75竊«疑以—(BI壮曲更图4图3(b)的放大图我们把图3(b)放大后，可以明显看出该试样的不稳定裂纹从启裂到止裂的扩展过程，同样是X70试样，图3(a)所示的曲线就不存在这样的过程，同时从其曲线的形状也可以看出，其屈服过程并不明显，载荷在到达最大值后立即迅速下降，都表明其冲击韧性较差。据此生产厂就可以清楚知道自己产品的质量情况而加以改进。对于钢管厂来说，把好管线钢板的质量关是保证自己产品质量的前提。有了示波冲击测试系统，虽然几个钢厂生产的都是同一个钢号，对其各家的钢板只要进行随机抽样试验，其质量的差异立即会显现出来。对于输送管道的工程承包商，具有同样重要的意义。对于稳定产品质量的意义经过在多家生产厂的实际测试，我们发现各厂生产的管线钢都不同程度的存在着质量不太稳定的情况。对于同一种钢号相同厚度的试样，其冲击韧性有时会产生很大的差异。有人也曾怀疑测试系统会不会有什么问题，但是一个不容置疑的事实立即否定了这样的怀疑，那就是相同的试样有的在较低的跌落高度下就被砸断，有的则在较高的跌落高度下也砸不断。而对于砸不断的试样，对吸收能量测试的结果依然很接近重锤所具有的位能。事实上，各国生产的管线钢也存在同样的问题。下图是日本福山制铁所生产的X80管线钢夏比冲击试验能量分布的直方图［1］。不难看出，X80管线钢在-5度时夏比试验能量的均值为250J，试验结果几乎成正态分布，有极少数试样能量很小或很大。Pipesize:砂OD.xW.T.Fig.1CharpyabsorbedenergystatisticaldataofXSOlinepipemass-producedinNKK我们也建议企业的质量管理部门或技术部门在规定冲击韧性的指标时，把试样吸收能量均值和方差作为质量监督的一个指标。我们在我们的摆锤夏比冲击测试系统中增加了这一功能，无论操作者以多大的频度试验系统都能自动记录分析数据，最后给出能量的直方图，均值和方差来。质量检验部门可以据此实行质量控制，技术部门可以据此改进工艺。结束语本文介绍了国外管线钢DWTT试验的情况，说明了示波冲击测试系统在DWTT试验中的必要性，把作者开发的测试系统的测试曲线和ASTM标准以及国外ZWICK的测