焊管在成型过程中板材的变形及后续焊接过程中的约束和局部加热、冷却的收缩效应以及金属组织的变化因素，使焊管必然产生残余应力。管道在运行过程中，工作应力和残余应力相迭加，使得管道实际受力水平提高，承载能力下降。尤其是焊缝和热影响区等局部高应力区极易产生疲劳破坏、应力腐蚀开裂，严重影响管道的正常工作。以前焊管残余应力的研究工作主要集中在小壁厚、小口径、中低钢级。高钢级大口径焊管的残余应力状态有何不同、测试和预测方法是否准确，如何有效的控制残余应力。国内在这方面进行的工作较少。随着西气东输二线等长输管线的建设，为了保证管道的安全性，迫切需要解决这一问题。环焊缝的强度匹配和环焊缝损伤容限问题，一直是国际管道界的研究热点和难点问题。对于高钢级管线钢，采用低匹配导致焊缝应变集中，容许缺陷尺寸减小，焊接接头抵抗断裂能力降低。中国石油天然气集团公司通过科学研究与技术开发课题“高钢级管线钢应用关键技术研究”对高钢级大口径焊管残余应力及控制技术、环焊缝缺陷验收准则问题进行了深入的研究。

    通过本项目的研究，得到了不同成型工艺大口径高钢级管材残余应力分布规律，提出了高钢级管材残余应力改进控制措施和验收判据。提出了合理的环焊缝缺陷容限的判据和验收方法，提出其控制标准草案，提出满足管道运行安全要求的现场焊接工艺匹配建议。本项目的主要创新点如下：（1）首席系统地研究了X80钢级、Φ1219mm、各种管型焊管的残余应力，掌握了不同成型方式的大口径高钢级焊管残余应力的分布规律。（2）开发出了适用于大口径高钢级焊管的盲孔残余应力测试方法及专用的盲孔法打孔装置，首次建立了螺旋焊管成型过程的三维有限元分析模型。（3）通过分析螺旋焊管管段经切环法切开后发生三种形状变化所对应的原始状态应力分布，用弹性力学的叠加原理研究了管段切开后复杂变形情况的宏观应力分布，首次提出了适用于大口径高钢级螺旋焊管的切环试验残余应力的预测公式。（4）采用静态和动态对比加载的方法，首次研究和揭示了残余应力对高钢级X80管线钢的应力腐蚀敏感行为的影响规律及作用机制，澄清了残余应力对螺旋焊缝与直缝焊管应力腐蚀敏感行为作用的异同性；首次研究了残余应力对管线钢在含有硫化氢环境中的应力腐蚀敏感行为的作用规律。（5）通过有限元数值模拟的方法，建立了不同焊接工艺（焊接线能量和预热温度）对环焊缝焊接接头残余应力的影响数学模型。（6）应用插销试验方法和通过测定熔敷金属扩散氢含量，采用正交试验方案，建立了冷裂纹临界应力与扩散氢含量，焊接工艺参数之间的数学模型，从而预测了冷裂纹的产生。（7）通过测定焊接接头CTOD值，建立了焊接缺陷容限评价图，确定了不同匹配下高钢级管线管环焊缝缺陷容限。

    该研究获得的技术成果目前已经应用于西气东输二线工程，部分研究成果已经纳入西气东输二线钢管技术条件，用于该管线用高钢级大口径焊管的制造和质量控制过程。同时本课题的研究成果亦为管道现场焊接施工工艺的制定提供了依据。本课题的研究对保证该管道工程的安全可靠性起到了重要的技术支持作用。

    本项目申请授权专利3项，发表专题论文11篇。