应力比对服役后X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

作者：高旭东; 邵永波^*; 郭永健; 钟颖; 罗霞飞

来源：材料导报, 2022, 36(15): 164-169.

• X56钢
• 双层管
• 应力比
• 海水
• Paris定理
• 疲劳裂纹扩展速率

为研究服役后API 5L X56钢海底输油双层管道的腐蚀疲劳裂纹扩展速率(FCGR),分别在海水和空气环境下对管道上截取的标准紧凑拉伸(CT)试样进行不同应力比(R=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)的疲劳裂纹扩展(FCG)试验。稳定裂纹扩展初期，在给定的应力强度因子幅值(ΔK=35 MPa·m0.5)下，服役后X56钢在海水环境下的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)约为空气中的1.64倍；随着ΔK的增大，海水腐蚀作用越来越小。综合分析应力比对海水环境下X56钢的疲劳裂纹扩展曲线的影响，结果发现：应力比对裂纹稳定扩展初期阶段的疲劳裂纹扩展速率影响较大，低应力比(R=0.1、0.2、0.3)对裂纹稳定扩展中间稳定阶段的疲劳裂纹扩展速率影响较小，高应力比(R=0.4、0.5)状态下裂纹稳定扩展整个阶段的腐蚀疲劳裂纹扩展速率明显提高。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水腐蚀环境中，随着应力比的增大，解理断裂形成的解理台阶的晶面面积和高度差逐渐减小，疲劳断口越来越平坦，疲劳裂纹扩展方式由撕裂型向解理型进行转变。

• 单位
  石油大学机电工程学院; 西南石油大学