X100管线钢焊接热影响区不同区域的显微组织与冲击韧性

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在不同峰值温度下对X100管线钢进行单道焊热模拟试验,研究了X100管线钢热影响区粗晶区(峰值温度1 300℃)、细晶区(峰值温度950℃)、临界区(峰值温度850℃)和亚临界区(峰值温度650℃)的组织和冲击韧性。结果表明:粗晶区的奥氏体晶粒严重长大,晶界处存在块状马氏体-奥氏体(M-A)组元,与母材相比,其冲击吸收功下降了42.6%;细晶区的晶粒发生完全再结晶,晶粒尺寸均匀,晶粒中弥散分布着点状M-A组元,冲击吸收功损失不大;临界区的晶粒发生部分再结晶,晶粒大小不一,冲击吸收功下降了16.4%;亚临界区经历了一次短时高温回火,冲击韧性与母材相比变化不大。

稀土Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响

以X100管线钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉熔炼不同稀土Ce含量的试验钢,通过扫描电子显微镜、蔡司金相显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪研究了Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce的加入使X100钢中MnS、Mn-Si-Al-O夹杂变性成Ce_(x)O_(y)、Mn-Si-Al-O-Ce夹杂,尺寸由4μm左右增大到10μm左右。Ce对X100试验钢显微组织具有明显的细化作用,在0~0.0049%范围内,试验钢组织随着Ce含量的提高逐渐细化。Ce的加入能够提高试验钢的腐蚀电位,降低其腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液浸泡28 d条件下,试验钢腐蚀电流密度由未添加Ce时的4.6347 mA/cm^(2)降低至Ce含量为0.0049%时的3.7784 mA/cm^(2),Ce含量为0.0049%时的试验钢表现出较好的耐腐蚀性能。另外,Ce的加入能够有效提高腐蚀产物中α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)的含量,增强对钢基体的保护作用,有利于提高试验钢的耐腐蚀性能。

Ce含量对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响

为了研究稀土元素Ce对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响,利用蔡司显微镜、场发射电子显微镜及其配套的能谱仪和电化学工作站对不同Ce含量的4种试验钢0,1,2,3号(Ce质量分数分别为0,0.0017%,0.0028%,0.0049%)进行测试。结果表明:随着Ce含量的增多,试验钢表面的晶粒尺寸减小,Al2O3夹杂被改性为CeAlO_(3)夹杂和Ce_(2)O_(3)夹杂。浸泡7 d后,4种试验钢的腐蚀电位均比较接近;浸泡30 d后3号试验钢的腐蚀电位较之前提高了8.94%,2号和1号试验钢的腐蚀电位分别较之前提高了6.34%和6.06%;浸泡45 d后,1号试验钢的腐蚀电位较7 d时降低了10.38%,其他3种试验钢的腐蚀电位变化不大。0号试验钢的容抗弧半径随浸泡时间的延长而逐渐减小,3号试验钢的容抗弧半径增大得最为明显。测试结果均表明,Ce含量的增加会提高试验钢的耐腐蚀性能。

激光热处理对X100管线钢摩擦磨损性能的影响

激光热处理可以改善高强管线钢的表面耐磨性,以避免产生管壁减薄、表面凹坑等缺陷。采用不同激光功率对X100管线钢板进行了激光热处理试验,并对激光热处理后的试样进行了干式滑动摩擦磨损试验。分析了激光热处理后试样的显微组织,研究了激光热处理对X100管线钢摩擦磨损性能的影响。结果表明,激光功率为1000~1400 W时,激光热处理可导致X100管线钢表面形成细小的马氏体组织,硬化层硬度相对母材大幅提升;激光热处理后试样的干式滑动摩擦系数小于母材;随着激光功率增大,激光硬化层的深度和平均硬度逐渐增大,失重率减小,耐摩擦磨损性能提升。

焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响

采用热模拟技术、显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在不同焊接热输入下粗晶区的组织及性能的变化规律进行了研究.结果表明,随着焊接热输入的增加,X100管线钢的强韧性降低.当热输入为10kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以贝氏体铁素体和粒状贝氏体为主,这种组织赋予材料以最佳的强韧性水平;当热输入为20kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以粒状贝氏体和准多边形铁素体为主,材料有较好的强韧配合;而当热输入大于30kJ/cm时,由于多边形铁素体增多,材料的强韧性降低.因此可将10～20kJ/cm作为X100管线钢的推荐热输入.

X100管线钢连续冷却转变的显微组织

采用热模拟技术和显微分析方法,对X100管线钢在连续冷却转变下的显微组织的变化规律进行了研究。通过X100管线钢CCT曲线的建立和组织分析表明：当冷却速度低于0.2℃/s时,组织类型以多边形铁素体（PF）为主。在0.5-10℃/s的冷却速度范围,主体组织为准多边形铁素体（QF）和粒状铁素体（GF）。当冷却速度大于20℃/s,组织以贝氏体铁素体（BF）为主。大于50℃/s的冷却速度,将形成马氏体（M）。

不同温度下X100管线钢的冲击韧性

通过对X100管线钢试件冲击示波曲线、冲击断口形貌的观察,对比分析了在温度20℃、-60℃及-80℃条件下试件的冲击性能,研究了冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明,裂纹启裂及扩展功所表现出的韧脆特性与总冲击功不同。随试验温度降低,断口分层现象明显,断口分层小平台可提高试验钢的断裂韧性,片状夹杂物则促进了脆性断口的产生;随温度降低,裂纹的扩展路径呈直线化,且尖角状裂纹较多。

SRB对X100管线钢在西北盐渍土壤中应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率拉神(SSRT)实验和SEM研究了SRB对X100管线钢在典型的西北盐渍土壤(库尔勒土壤模拟溶液)中应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明,X100管线钢母材和焊缝在无菌的库尔勒土壤模拟溶液中具有较高的SCC敏感性,其断口模式为穿晶+沿晶SCC混合断裂;X100管线钢母材和焊缝在含有SRB的库尔勒土壤模拟溶液中的SCC敏感性低于无菌时的,其断口模式为穿晶SCC断裂,说明SRB的存在抑制了X100管线钢的脆变,致使X100管线钢的SCC敏感性降低,这可能是由于SRB能在X100管线钢表面快速繁殖并形成生物膜,该生物膜随时间的增加会不断的堆积并变得致密,一定程度上阻隔了活性阴离子Cl-进入X100管线钢基体表面,致使X100管线钢的SCC敏感性减小。

高钢级X100管线钢的组织与性能

本文利用光学显微康、扫描电镜、透射电镜等,对实验室TMCP工艺生产的X100管线钢的组织构成、微观结构、析出物的形态和分布等进行了研究。研究结果表明,X100为GB(GranularBainite)、BF(Bainite Ferrite)、M/A构成的复相组织,且各相比例和形态对性能影响较大,以GB为主的基体加上少量BF及弥散分布的细小M/A构成的组织具有较好的强度和韧性匹配。TEM微观形貌观察发现,贝氏体晶粒内部具有高密度位错和不同位向的板条束及M/A硬化相;萃取复形实验发现,X100中主要有两种类型的析出物:一类尺寸较大为Ti的析出,一类尺寸较小为Nb的析出物;这两种析出物起阻碍奥氏体再结晶和晶粒长大及析出强化的作用。

高钢级X100管线钢的组织和析出相

利用扫描电镜,透射电镜对X100管线钢的显微组织和析出相进行观察,结果表明:X100管线钢的显微组织为粒状贝氏体和贝氏体铁素体,粒状贝氏体分割了取向多元的贝氏体铁素体,细化了晶粒尺寸,提高了材料的强韧性。管线钢中析出相为单相析出和复合析出,存在于晶界上、板条间、基体内、位错线上及其周围。管线钢中存在两种典型的单相析出,一种为尺寸较大,形状规则的TiN析出,一种为尺寸细小,形状为圆形的NbC析出。复合析出为在高Ti/Nb比的碳氮化物上附着着低Ti/Nb比的碳氮化物或硫化亚铜析出,为应变诱导析出。在高温下形成的TiN析出可以阻止晶界迁移,抑制奥氏体晶粒长大,对强度影响不大。低温形成的NbC和复合析出为应变诱导析出,平均尺寸为26.5 nm,在析出强化中占主导地位。

外加阴极电位对X100管线钢近中性pH值应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率拉伸实验研究了X100管线钢在NS4溶液中,在外加阴极电位下的应力腐蚀开裂行为。结果表明,与在自腐蚀电位下相比,-900mVSCE外加阴极电位没有明显增强其近中性pH应力腐蚀开裂(NNpH-SCC)敏感性;但是,当外加阴极电位为-1500mVSCE时,其NNpH-SCC敏感性显著增强。与X80管线钢在外加阴极电位下的NNpH-SCC敏感性相比较后表明,外加阴极电位对X80管线钢的NNpH-SCC敏感性影响更加强烈。

X100管线钢埋弧焊匹配焊剂及其接头性能分析

采用均匀设计法对X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂进行设计,选用其中5种高碱度氟碱性焊剂,配合焊丝进行埋弧自动焊接试验,着重分析了两种焊剂焊接接头的拉伸性能、金相组织、硬度、冲击吸收功及冲击断口形貌等.结果表明,焊剂中适量添加MnO对焊剂工艺、接头韧性有较大影响,它可以提高焊缝熔深,增加渣的流动性,抑制咬边,同时抑制高温铁素体的生成而对焊缝中针状铁素体的形成有利.所研制的5种焊剂中,2号焊剂焊接接头综合性能最佳,满足X100管线钢API—5L标准要求.

终冷温度对X100管线钢组织与性能的影响

通过光镜、透射电镜、背散射电子衍射技术(EBSD)、拉伸与(-20℃)冲击试验,研究了不同终冷温度对X100管线钢组织、性能的影响规律。结果表明,随终冷温度降低,针状铁素体(AF)、粒状贝氏体(GB)组织逐渐减少,板条贝氏体含量逐渐增加,钢板强度增高,塑韧性降低,当终冷温度在380℃左右时,少量AF、GB组织分割原奥氏体晶粒,板条贝氏体束的有效晶粒尺寸得到细化,钢板具有最优的综合力学性能,屈服强度为775 MPa,抗拉强度为855 MPa,伸长率为16.6%,-20℃冲击功为218 J,各项性能指标均满足X100管线钢的要求。

X100管线钢的连续冷却转变

采用热膨胀法获取X100管线钢的CCT曲线,并通过硬度实验,光学显微组织观察,SEM组织观察,TEM组织观察等手段进行分析,深入讨论了X100管线钢的CCT曲线及其在不同冷却条件下的相变规律,研究了X100管线钢不同冷却条件下的组织类型及典型特征,为更好的认识X100管线钢组织-性能之间的关系和推动其工业应用提供重要参考。

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律.结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M−A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M−A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加.建议采用100℃进行预热.

二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织与性能的影响

通过热模拟技术与显微分析方法研究了二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织的影响规律,再热粗晶区的性能通过夏比V型缺口冲击试验表征。试验结果表明,当二次热循环的峰值温度处于(α+γ)两相温区,试验钢的临界粗晶热影响区出现局部脆化。局部脆化的原因主要有两个:一是临界粗晶热影响区组织粗化;另一是该区MA组元数量多,尺寸大,硬度高。

淬火及回火热处理对X100管线钢组织和性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉伸试验及示波冲击试验研究了淬火和回火热处理对X100管线钢组织和性能的影响。结果表明:450℃回火后,实验钢的屈服强度(Rt0.5)由785 MPa降低至731 MPa,抗拉强度(Rm)由845 MPa提高至931 MPa,强度及塑韧性改善。板条贝氏体(LB)板条结构弱化,粒状贝氏体(GB)体积分数增加,马氏体/奥氏体(M/A)组元细化至亚微米级。针状铁素体(AF)的回火稳定性高于LB和GB;940℃淬火+450℃回火实验钢的Rt0.5为819 MPa,Rm为893 MPa,Rt0.5/Rm为0.92,A50为33.5%,强韧性提高。淬火和回火对实验钢冲击断裂过程的脆性裂纹扩展能(E3)和脆性裂纹扩展止裂能(E4)改善效果好于450℃回火。实验温度降低,止裂性的改善效果变差。LB、GB和平行排列的M/A组元将原始奥氏体晶粒分割细化,亚微米级M/A组元的分布差异使铁素体晶粒内不同区域呈现LB和GB组织形态。

回火热处理对X100管线钢组织和冲击断裂行为的影响

通过SEM,TEM,EBSD和示波冲击实验研究了450℃回火对X100管线钢显微组织和冲击断裂过程的影响。结果表明:X100管线钢的组织为板条贝氏体(LB)、针状铁素体(AF)和粒状贝氏体(GB)和平行排列的细小片状马氏体/奥氏体(M/A)组元,原始奥氏体晶粒被晶内和晶界处的亚结构分割细化。回火后,平行排列的M/A组元消失,LB结构弱化,大角度晶界比例下降。实验温度降低,X100管线钢的冲击功(E)、裂纹形成能(E1)和韧性扩展能(E2)变化较小;回火后,E、E1、E2、脆性断裂扩展能(E3)降低,脆性断裂趋势增大,脆性断裂止裂性能变差。

X100管线钢在应变时效中的脆化

采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在应变时效中的脆化规律进行了研究。结果表明,应变时效使实验钢X100产生脆化。随应变时效温度升高,强度和硬度增加,塑性和韧性下降。应变时效脆化形成的机理是管线钢间隙原子与位错的交互作用。

X100管线钢自保护药芯焊丝研制及焊接接头性能分析

基于成分匹配与组织匹配设计原则,确定了X100管线钢焊缝金属的合金系.结合焊缝金属的合金化原理,定量计算出需要向焊缝中过渡的合金元素种类及其含量,设计并制成X100管线钢匹配用自保护药芯焊丝.选用合适的焊接工艺参数进行试焊,并对焊接接头的性能进行分析.结果表明,所研制的药芯焊丝焊接接头的力学性能优异,抗拉强度达到795 MPa,屈服强度达到615 MPa,冲击吸收功达到47.7 J(-40℃);焊缝组织主要为板条状贝氏体和粒状贝氏体,另有少量针状铁素体穿插其中,能够与母材实现较好的组织匹配.