微合金管线钢X80的高周疲劳行为研究

　　疲劳断裂是油气长输管线服役过程中一种常见的失效形式[1]。 这是由于管线在服役过程中不可避免地要受到交变应力的作用，这种交变应力一方面来自管内输送介质压力的波动和油气流的分层结构，另一方面来自管线外的变动载荷[2-3]。而输气管线受需方市场规律的影响， 内压波动的频率非常低，如按城市居民的生活需求，内压在一天内波动两次，频率接近 10-4。 采用低循环频率更接近于管道的实际工作情况。 研究表明， 管线在运行时，应力比多在 0~0.8，其中应力比接近于 0 时相当于多次停输和反复试压的情况， 应力比接近0.8 时相当于正常输送过程中压力波动的情况[3]。

　　由于疲劳断裂往往是突然发生的， 没有明显的征兆， 因而具有很大的危害性。 尤其对于天然气高压输送管线， 一旦发生破坏将带来不可估量的损失。 因此， 管线钢的疲劳特性研究是安全设计的基础，是管道使用寿命评估的依据，有着十分重要的工程意义。 本文以微合金管线钢 X80 为研究对象，通过实验室轧机模拟轧制，观察并分析了不同终轧温度下的显微组织， 随后又对其进行力学性能测试和高周疲劳实验， 研究了不同显微组织下的微合金管线钢 X80 的疲劳行为， 绘制了S-N 曲线，并得出了相应的疲劳极限，同时观察并分析了疲劳断口的宏观和微观形貌。

　　1 实验材料及方法

　　1.1 实验材料

　　实验用钢为某厚板厂微合金管线钢 X80， 其化学成分(质量分数，%)为： 0.039C，0.25Si，1.83Mn，0.012P，0.0012S，0.082Nb，0.029V，0.009Ti，0.28Mo，0.22Cu，0.029Als，0.0022N，0.0001B，0.0022Ca。

　　1.2 实验方案

　　轧制实验是在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的 准450 热轧实验机组上进行。试样在箱式电炉中加热至 1200℃，保温 60min，出炉后在 准450 实验室轧机上轧制成 5.5mm 厚的热轧板。 第一道次开轧温度(Ts)均为 1050℃，终轧温度(Tf)分别为 820、840 和 860℃，轧后采用不同的冷却速度(水幕冷却)进行冷却，冷却到所需的卷取温度时，装入相应温度的箱式炉中保温 0.5h，断电，炉冷模拟卷取。

　　经过轧后的钢板，分头、中、尾三部分，在中间部分沿轧制方向和垂直轧制方向取样并加工成标准试样，首先进行室温拉伸实验，测得其基本力学性能参数，然后再根据高周疲劳实验的相关要求，在 MTS810 金属材料疲劳试验机上采用频率为50Hz 的正弦波波形进行对称循环应力下的高周疲劳实验，测得每次断裂周次所对应的应力幅，并绘制 S-N 疲劳曲线，最终得出疲劳极限。

　　1.3 组织观察