鋼管落錘撕裂試驗推薦做法

濟南新時代試金儀器有限公司鋼管落錘撕裂試驗推薦做法

1 概述

落錘撕裂試驗（DWTT）是用來表征材料韌脆特性的試驗項目，主要用于金屬材料的低溫脆性研究。在油氣輸送管方面，與夏比缺口沖擊試驗（CVN）相比，DWTT試驗更能代表鋼管的實物水平。目前，落錘撕裂試驗（DWTT）的標準主要為：GB/T8363-1987、API RP 5L3等。它們之間既有共同點又有不同點。以下從各個方面進行了比較，并就DWTT試驗機目前的狀況及開發提出了一些看法。

2 試驗方法

2.1 適用范圍

《API RP 5L3》（《輸送鋼管落錘撕裂試驗推薦做法》）適用于《API Spec 5L》（《管線鋼管規范》）中規定的鋼種，即X系列鋼，其組織為針狀鐵素體、鐵素體或鐵素體+珠光體。GB/T8363-1987適用于屈服強度小于825MPa的鐵素體鋼，而且厚度在3～20mm之間，從材料方面看，兩種標準基本一致，對于厚度，《API RP 5L3》（第3版）沒有提出要求。

2.2 試樣

API RP 5L3規定的試樣包括壓制V型缺口試樣和人字型缺口試樣。其中前者用于較低韌性的材料，后者用于韌性較高的材料。GB/T8363-1987規定的試樣只有一種，即壓制V型缺口試樣。由此看來，GB/T8363-1987標準只是《API RP 5L3》中適用于低韌性材料的一部分。兩種標準規定的試樣尺寸基本一致。

2.3 設備要求

2.3.1 API RP 5L3規定錘頭的瞬間打擊速度為；5～9m/s。 GB/T8363-1987規定錘頭的瞬間打擊速度不得低于5m/s，相比而言，前者更嚴格一些。我們知道，落錘撕裂試驗的錘頭瞬間打擊速度取決于錘頭的高度與打擊點之間的高度差，這樣，就必須把試驗機的錘頭高度限制在一定范圍之內。

2.3.2 沖擊能量選擇

對于API RP 5L3 沖擊能量按韌性確定，見API RP 5L3 4.5 圖1，它給出了DWTT試驗所需能量與夏比V型缺口沖擊試驗（CVN）所需能量之間的關系圖。 根據GB/T8363-1987標準試樣一次沖斷所需的沖擊能量是按照材料的強度值確定的，見GB/T8363-1987 3.1 注：若一次沖斷厚度為20mm、抗拉強度為470MPa的鋼試樣，約需6500J的沖擊能量。前者是通過韌性指標確定試驗機的沖擊能量，而后者是通過強度水平確定的。我們知道，韌性是金屬材料塑性變形和斷裂全過程吸收能量的能力，它是強度和塑性的綜合表現，兩者相比，前者更科學一些。

2.4 試驗過程及試樣評定

API RP 5L3規定，試樣應完全浸泡在有適宜液體的浴槽中，浴槽中液體的溫度與要求的試驗溫度的偏差不應超過1℃。與GB/T8363-1987基本相同。

API RP 5L3定義了有效試樣和無效試樣，有效試樣是指整個斷裂面呈現延性斷裂的樣或缺口根部呈現解理斷裂的試樣。無效試樣是指試樣缺口處為脆性區，然后為韌性區，再往下為脆性區。對于高韌性材料，采用壓制缺口的試樣斷口易出現無效現象。GB/T8363-1987無此規定。

API RP 5L3規定，剪切面積百分數通過區分剪切斷裂（暗灰色、絲狀）與解理斷裂（有光澤、結晶狀）來評定，要評定的斷口形貌為平行于斷裂試樣觀察到的觀察面�？紤]到控扎鋼可能有平行于板材表面的開裂，呈解理斷裂。在剪切面積百分數的評定中不考慮平行于板材表面的解理斷裂。但應考慮于板材表面有一定傾角開裂中的解理斷裂。

3 試驗設備

3.1 目前，除了寶雞鋼管廠使用擺錘式試驗機外，中國石油天然氣集團公司所屬的其余幾個鋼管廠均使用的是河北涿州九十年代初期生產的落錘試驗機。設備狀況老化，而且不具備測試吸收能量的功能，而且，該廠目前已不生產落錘試驗機。另外，根據“西氣東輸”工程對鋼管的要求，材質已基本確定為X70級，公稱壁厚已達到14.6mm,目前生產出的X70級板卷及鋼管的CVN吸收能量，按API RP 5L3 4.5條款中圖1估算，試驗機的打擊能量的要求將達到15000J。目前的落錘試驗機大部分已經不能適應將來“西氣東輸”及其它大型輸氣工程用管對DWTT試驗的需要。由于油氣輸送管延性斷裂現象的增多，于是有專家建議把DWTT的吸收能量作為止裂的輔助判據列入技術條件。再者，在建的大口徑直縫埋弧焊管明確要求DWTT試驗必須測定吸收能量，所以，用于斷裂韌性試驗的落錘試驗機應具備測試吸收能量的功能。據了解，目前國內尚無廠家生產符合以上要求的輸送管用落錘撕裂試驗機，而國外的試驗機價格過高。所以，各鋼管制造廠急需與生產廠合作開發能適應要求的落錘試驗機，并且制定我國的DWTT試驗設備標準。

3.2 具體要求

筆者針對以上兩種實驗方法和目前在用試驗機的狀況對開發DWTT試驗機提出了一些具體技術要求：

1、沖擊能量：5000J～30000J，以滿足鋼級X52～X80、壁厚6～32mm;

2、錘頭提升高度：0～5m；

3、落錘試驗使用高度：1.3～4m；

4、試驗機宜具備試樣缺口自動對中裝置，以確保在試樣從低溫槽中拿出至沖斷在10秒以內；

5、試驗機應具備沖擊緩沖裝置，吸收落錘試驗的剩余能量，以保護試驗機；

6、針對DWTT試驗的特點，試驗機錘頭的釋放和提升機構應安全可靠，具備安全保護設施，保證人員和設備安全；

7、試驗機宜能顯示錘頭重量、錘頭高度以及具備的能量。

4 結束語

根據西氣東輸用管技術條件，DWTT試驗的方法確定為API RP 5L3，因此，我們需依此設計新型的DWTT試驗機。
我公司相關技術知識：www.safemoonomicstoken.com