?? 國外工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，由于管道工作者對脆性斷裂已經(jīng)有了較為深刻的認(rèn)識，選材時(shí)，對管材提出恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)要求和采取了一些其它技術(shù)措施，再加上由于冶金工業(yè)的進(jìn)步，管材可以滿足管道工作者提出的技術(shù)要求，故十多年來，脆性斷裂事故已減到很少了。我國管道工業(yè)發(fā)展得較晚，大多數(shù)管道工作者對管道的斷裂力學(xué)分析還所知不多， 故而七十年代以后，還發(fā)生過多起管道脆性斷裂事故。如果我們不掌握這些知識，就會重復(fù)國外管道工業(yè)發(fā)達(dá)國家早期出現(xiàn)的管道脆性斷裂事故。

??? 一、脆性斷裂特征及止裂速度判據(jù)

　　(一)管材的沖擊韌性與溫度的關(guān)系
　　見圖2-5-1，該圖為某廠X60鋼管夏氏沖擊能和斷口的剪切面積與溫度的關(guān)系。
　　由圖2-5-1(a)看出，在某一溫度(在圖中約為-40℃)以上材料的夏比沖擊能(Charpy V Energy)基本上是不變的，但低于此溫度時(shí)，沖擊能迅速下降，這一由韌性開始向脆性轉(zhuǎn)變的溫度稱為管材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，或簡稱為轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)溫度達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度以后，繼續(xù)下降時(shí)，沖擊能繼續(xù)降低，至某一值時(shí)，沖擊能又大體保持衡定了，由圖看出，此時(shí)沖擊能已很低了。
　　從沖擊試驗(yàn)的試樣的斷口看，由兩部分組成，一為解理斷裂部分(cleaVage region) 另一為剪切斷裂部分(shear region)。斷面對于斷裂的阻力幾乎全部是由剪切斷面提供的，所以剪切面積在整個(gè)斷面上所占的百分比越大，則材料對斷裂的阻力越大(剪切面積英文稱為：Shear Area，簡寫為S．A，下同)，亦即沖擊能越大。請參看圖(b)，由圖看出，在轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)(圖中約為-40℃)剪切面積為100％，隨著溫度下降S．A逐漸減小，至S．A％=0時(shí)，則全部斷口均為解理斷口，此時(shí)夏比沖擊能接近于零。
　　剪切斷面一般為斜斷口，表苗暗淡，呈纖維狀，解理斷面一般為平斷口，表面有光亮晶粒狀物，二者是很容易由形狀上區(qū)分的。為了便于工作，在工程上常用斷口上剪切面積百分比的值來定義轉(zhuǎn)變溫度，這種轉(zhuǎn)變溫度又稱為斷裂形貌轉(zhuǎn)變溫度(Fracture Appearance Transition Temperature縮寫為FATT，下同)。
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圖2-5-1 某廠X60管材夏氏沖擊能、斷口剪切面積與溫度的關(guān)系

　　FATT可分為三種：一種以DWTT試驗(yàn)為依據(jù)，它用其剪切面積為85％時(shí)所對應(yīng)的溫度為轉(zhuǎn)變溫度，這種用得最多；另一種是以charpy V試驗(yàn)為依據(jù)的；還有一種以全尺寸爆破試驗(yàn)為依據(jù)，其轉(zhuǎn)變溫度對應(yīng)的S．A亦均為85％。
　　我國現(xiàn)有油、氣管線所用的鋼材多為由日本進(jìn)口的X52鋼，牌號為TS-52K，新建的一些管線試用了我國武鋼生產(chǎn)的WH-X60鋼材，也有用西德WG-X60鋼材的，現(xiàn)將這三種鋼材的性能列于表2-5-1，表2-5-2。
　　DWTT(Drop-Weight Tear Test)，可譯為落錘試驗(yàn)，在我國應(yīng)用較少。至1983年，全國只有有限的幾個(gè)單位可做。DWTT試驗(yàn)應(yīng)按API RP5L3進(jìn)行，其特點(diǎn)為，取樣后冷壓平，加工成標(biāo)準(zhǔn)落錘試樣，其試樣厚度就是管子的厚度，一般認(rèn)為這樣更能反應(yīng)鋼管的實(shí)際。
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　　夏比沖擊試驗(yàn)在我國已普遍采用，它的缺點(diǎn)是取樣后，需把拱形刨平成標(biāo)準(zhǔn)的厚度(全尺寸Charpy V厚度為10mm，2／3Charpy V厚度為6．7mm，1／2Charpy V厚度為5mm)， 這樣往往就不能反映鋼管的實(shí)際。夏比沖擊試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是，不僅能由斷口測出S．A％，還可測出具體的沖擊能，而DWTT一般卻只能由斷口測出S．A％。
　　對于脆性斷裂均以DWTT試驗(yàn)為準(zhǔn)。
　　Battelle Memorial Iastitute(簡稱BMI，下同)在這方面作了大量的工作，圖2-5-2 為他們用同一種鋼管做了2／3Charpy V，DWTT，及全尺寸爆破試驗(yàn)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲線，由圖可以看出，DWTT曲線與全尺寸爆破試驗(yàn)十分接近，而韌脆轉(zhuǎn)變溫度幾乎完全一致，均為75°F(23．9℃)。再看2／3Charpy V的曲線，看出該曲線與全尺寸曲線相距甚遠(yuǎn)。之所以會有這種現(xiàn)象，是因?yàn)檎缜懊嫠?，Charpy V試樣要求標(biāo)準(zhǔn)厚度，因而它只能反映管材的材質(zhì)情況，它反映不了管材的幾何尺寸(厚度)的情況，而厚度卻是有影響的，通常厚度越大，轉(zhuǎn)變溫度越高。為說明這一情況，用3／8，1／2，3／4英寸三種厚度的鋼管作了試驗(yàn)，見圖2-5-3。
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圖2-5-2 DWTT，Charpy V、全尺寸試驗(yàn)的S．A％與溫度的對應(yīng)曲線
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圖2-5-3 厚度對轉(zhuǎn)變溫度的影響