高钢级管线钢的有效晶粒尺寸

用电子背散射衍射对系列高钢级管线钢的晶体学参数进行了研究。结果表明:高钢级管线钢中对材料韧性起到积极作用的是晶界取向差大于15°的晶粒;有效晶粒尺寸、晶界取向差频度分布、大角度晶界对小角度晶界比率是高钢级管线钢的重要参数;晶粒尺寸越细、有效晶粒越小、高角度(>50°)晶粒频度越高,管线钢的韧性越好。

Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响

通过透射电镜和电子背散射衍射技术,研究了Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响。研究结果表明,熔敷金属的组织主要由板条状贝氏体和板条马氏体组成,随Cu含量由0.052%增加到0.53%,板条结构变得细小致密;当Cu含量为0.052%时,有效晶粒的平均尺寸为2.39μm,当Cu含量增加到0.24%时,有效晶粒的平均尺寸减小到2.18μm,当Cu含量继续增加到0.53%时,有效晶粒的平均尺寸最终减小到1.99μm,随Cu含量的增加,有效晶粒得到细化。

低合金钢板条组织中影响低温韧性的“有效晶粒尺寸”

采用OM,SEM,TEM及EBSD等方法,对低合金钢板条组织的精细组织结构进行了研究,并测试了不同热处理条件下试验钢的低温韧性。研究过程中,从晶体学、亚单元对性能的定量影响规律、解理裂纹扩展路径的实际观察等3个方面分别研究控制低温韧性的"有效晶粒尺寸"。几个不同方面的研究结果均表明,板条块(block)是决定低合金钢板条组织低温韧性的最小亚单元,即板条块尺寸是影响低温韧性的"有效晶粒尺寸"。

淬火温度对气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢组织和力学性能的影响

为了优化一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢的淬火工艺,采用SEM,TEM,EBSD和拉伸、冲击等观察和检测手段,研究了淬火温度对一种气瓶用Fe-Cr-Ni-Mo钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,不同淬火温度处理后的合金钢,均呈现为板条马氏体组织,其碳化物析出和板条亚结构基本保持不变,而原始奥氏体晶粒则随淬火温度的提高而出现明显的粗化,由800℃的4.3µm长大到930,1200℃的29.6,371.1µm,同时有效晶粒尺寸(EGS)也逐渐增加,800,930,1200℃的EGS分别为0.60,1.20,3.22µm。淬火温度对合金钢的室温抗拉、屈服强度和断后伸长率影响较小,而随着淬火温度的提高,冲击吸收能量则出现了显著的下降,由800℃的119 J,下降到930,1200℃的68,38 J。EGS增大导致冲击断裂时出现解理断裂,是较高淬火温度合金钢冲击吸收能量下降的主要原因。淬火温度为800~860℃时,Fe-Cr-Ni-Mo钢具有良好的强韧性匹配,该研究结果对Fe-Cr-Ni-Mo钢制气瓶的工业化生产具有指导意义。

回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、能谱仪和X射线衍射等研究了回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响。结果表明:BS960E钢淬火后组织为板条状马氏体,其原始奥氏体平均晶粒尺寸为5.69μm,位错密度为4.02281×10^(15)cm^(-2)。随着回火时间的延长,马氏体板条结构逐渐分解;回火2 min时仍存在部分板条组织,有效晶粒尺寸(马氏体板条块)为2.47μm,位错密度急剧下降至9.48079×10^(14)cm^(-2);回火15和30 min时马氏体板条开始粗化,小角度晶界密度占比降低,此时有效晶粒尺寸分别为2.57和2.59μm,位错密度分别为7.80957×10^(14)和6.75406×10^(14)cm^(-2);回火60 min时,马氏体板条块合并明显,大角度晶界密度及占比下降,有效晶粒尺寸粗化达到2.99μm,位错密度降低至5.19655×10^(14)cm^(-2)。碳化物的析出位置可分为原始奥氏体晶界析出、马氏体板条块界析出和晶内析出3类。随着回火时间的延长,BS960E钢的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,伸长率增加。回火时间达到60 min时由于析出的碳化物粗大导致伸长率降低。综合考虑BS960E钢经过快速加热淬火后,回火时间在2 min时综合力学性能最佳。

X100管线钢的组织性能

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了X100管线钢的力学性能、显微组织、晶粒取向及析出物.实验结果表明,采用控轧控冷两阶段轧制工艺轧制出实验钢平均屈服强度达到724 MPa,屈强比0.87,夏比冲击功在-60℃仍有255 J,韧脆转变温度在-60℃以下.平均有效晶粒尺寸为2.43μm,大角度晶界占78.8%,尺寸在10 nm左右的析出物与位错相互缠结起到了良好的析出强化作用.

热轧工艺对X80管线钢组织及低温韧性的影响

利用D450试验轧机,对X80管线钢开展控轧控冷实验。采用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜以及电子背散射衍射技术分析不同TMCP工艺条件下的管线钢组织结构,研究形变热处理工艺对管线钢组织及低温韧性的影响。研究结果表明:在较高压下率及较大冷速条件下,管线钢组织以细小的针状铁素体作为主要组元,奥氏体/马氏体(M/A)组元数量较少,粒径较小;相反,在低压下率及较小冷速情况下,管线钢组织主要是由粒径较大的准多边形铁素体构成,M/A组元数量多,粒径大;与准多边形铁素体为主的组织相比,以针状铁素体作为主要组元的管线钢由于具有细小的有效晶粒粒径、高的大角度晶界比例以及细小的M/A组元,表现出良好的低温韧性。

厚壁X70管线钢的组织和性能

借助TEM、SEM、EBSD等显微组织分析手段及力学性能测试,研究了深海用超厚规格X70管线钢板的显微组织与力学性能的关系。实验结果表明:为满足深海用厚壁X70管线钢对纵向变形能力及DWTT(落锤撕裂实验)断裂韧性的严格要求,组织设计可采用针状铁素体+多边形铁素体的双相组织方法。针状铁素体为硬相、多边形铁素体为软相的双相组织中,屈强比随多边形铁素体数量的增加而降低,增大铁素体晶粒尺寸也能降低材料屈强比;在针状铁素体为基体的显微组织中,引入适量的细化多边形铁素体还可降低其有效晶粒尺寸,提高材料DWTT性能,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,平均有效晶粒尺寸增加,DWTT性能反而降低。

TiC纳米析出相对低碳马氏体钢的韧化机理

采用SEM、EBSD、TEM、SAXS、XRD及相分析等方法,对经过相同轧制及热处理工艺的含Ti与无Ti低碳马氏体钢组织及冲击韧性进行分析对比。结果表明:含Ti钢经900℃油淬后,析出大量5～36 nm尺寸范围内的TiC。析出相有效钉扎晶界,马氏体组织得到显著细化,有效晶粒尺寸达到4.6μm;同时TiC的大量析出还使得含Ti钢位错密度下降,弹性模量明显提高。经900℃油淬后,含Ti钢冲击韧性明显改善,冲击吸收功由无Ti钢的53 J大幅提高至265 J。

显微组织对X70管线钢力学性能的影响

采用扫描电镜、电子背散射衍射技术和常规力学性能测试等手段研究了两种X70管线钢的显微组织和力学性能。结果表明:管线钢的低温韧性不仅与其有效晶粒尺寸有关,而且还与其组织中的马奥岛和析出相有关;但是,与管线钢中大角度晶界所占的百分比没有直接的关系。有效晶粒尺寸越小,马奥岛和富钛氮化物数量越少、尺寸越小,管线钢的低温韧性就越好。富铌碳化物与高密度的位错和亚结构不仅能提高管线钢的屈服强度,而且还能增大其加工硬化速率,从而使其抗拉强度明显升高,屈强比减小。由此可见,通过显微组织的优化,可以得到高强度高韧性的管线钢。

微观组织对一种高强度船板用钢低温冲击韧性的影响

采用室温拉伸、示波冲击、光学和扫描电镜组织分析、EBSD及断口分析等方法,研究了微观组织对一种高强度船板用钢低温冲击韧性的影响。结果表明,在相同合金成分条件下,由于压下率和冷却速率的差别,板厚1/2和1/4处的有效晶粒尺寸、大角度晶界比例及M/A岛的形态分布不同。有效晶粒尺寸、大角度晶界比例及第二相M/A岛的形态是影响低温冲击韧性的主要因素,其对低温冲击的裂纹形成功影响并不明显,但较大的有效晶粒尺寸、较低的大角度晶界比例及呈方向性分布的M/A岛却显著降低了裂纹扩展功,导致板厚1/2处的低温冲击韧性低于板厚1/4处。

奥氏体化温度对低碳低裂纹敏感性海工钢组织与性能的影响

研究了不同奥氏体化温度对690 MPa低碳低裂纹敏感性海工钢的奥氏体晶粒度、变体选择和韧脆转变温度的影响。结果表明:当奥氏体化温度大于930℃时,韧脆转变温度与奥氏体晶粒尺寸呈Cottrell-Petch关系,具体为:TB=-0.46-521.56d^-1/2,原始奥氏体晶粒可代表有效晶粒;当奥氏体化温度为880℃时,原奥氏体内部的变体选择对大角度晶界密度有明显贡献,Block界面和Packet界面所影响的晶体结构单元(有效晶粒)与韧脆转变温度呈现对应关系。临界奥氏体化温度(880℃)明显地影响了相变组织的变体选择,提高了Block和Packet晶界密度,使得韧脆转变温度明显降低。

高钢级低温管线钢的韧化机制及控制技术

针对高钢级管线钢在低温服役环境条件下韧性断裂止裂控制难题,分析了高钢级管线钢的低温断裂机理,明确了影响DWTT性能的两个重要因素。通过热模拟实验,讨论了提高DWTT性能的控制技术。采用粗轧再结晶区低温段大变形,增加粗轧阶段总累积变形量,及将精轧温度降低到临近Ar3的温度范围内,并施加足够的累积变形量,可获得一定数量的超细晶多边形铁素体,将板材心部的平均有效晶粒尺寸细化到2.5μm,使-60℃下DWTT断口剪切面积达到100%,为大口径高钢级管线钢的研发生产提供理论依据和技术参考。

X100和X80管线钢组织与冲击性能分析

通过对X100和X80管线钢横截面试样进行OM,SEM,TEM和EBSD观察,研究了X100和X80管线钢的显微组织和冲击韧性,并采用EBSD技术获得材料的有效晶粒尺寸和晶界取向角,得出有效晶粒尺寸和大角度晶界比例是影响管线钢冲击韧性的重要因素。对冲击断口中出现的分层裂纹进行了研究,得出BF带、M/A带和原奥氏体晶界破裂促使管线钢产生分层裂纹。

亚温淬火工艺对低碳低合金高强钢组织及性能的影响

对低合金高强钢分别进行淬火+回火(QT)热处理和淬火+两相区的亚温淬火+回火(QLT)三段式热处理,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)方法等观察分析其显微组织形貌、组成相和大角度晶界的密度分布,并测试其力学性能。结果表明:相比于QT工艺,低合金高强钢在QLT工艺后,强度虽稍有下降,但低温冲击韧性显著提高,而且屈强比降低,表现出良好的综合力学性能。在发生奥氏体逆转变以及两相区等温过程中,亚温淬火工艺细化新生成的奥氏体晶粒尺寸、增加大角度晶界密度,使有效晶粒尺寸明显减小,残留奥氏体的含量明显增加。

控轧控冷工艺对X80管线钢组织和性能的影响

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不同工艺轧制的X80管线钢的显微组织和位错形态进行了观察和分析。利用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了X80管线钢的有效晶粒尺寸。比较和分析了4种控轧控冷工艺对钢板的组织和力学性能的影响。研究得出,采用奥氏体再结晶区控温轧制+未再结晶区近两相区轧制+轧后直接水冷工艺,得到的钢板的有效晶粒尺寸最小、力学性能最佳,其组织以粒状贝氏体为主,并伴有板条贝氏体铁素体、针状铁素体、准多边形铁素体以及少量M/A多相共存的复合组织,使试验钢获得了良好的强韧性匹配。

快冷工艺对800MPa级低碳高强贝氏体钢力学性能的影响

设计了一种低碳贝氏体型高强度工程机械用钢,并采用快速冷却工艺进行厚度12 mm的Q800D钢的轧制试验,研究了冷却速率对钢板组织、强度和韧性的影响。结果表明,随着钢板冷却速率的增加,小角度晶界和大角度晶界密度均有较大提高,钢板强度和韧性有明显改善。当钢板冷却速度为80℃/s时,钢板综合性能达到国标Q800D级别的要求。另外,在考虑到晶界和M/A组元对韧性影响的基础上计算了不同冷却速度钢板的韧性参数,韧性参数随冷速的变化趋势与-20℃冲击功随冷速的变化趋势一致,两者有良好的相关性。

390MPa级低合金高强钢的低温韧性

采用系列冲击试验研究了控轧控冷技术生产的390MPa级低合金高强钢的低温韧性,并分析了其低温韧性与组织特征的关系。结果表明:该钢具有良好的低温韧性,在-40℃时的冲击功为127J,远大于相关标准的技术要求,按照能量法确定的韧脆转变温度为-56℃;由于该钢晶粒十分细小,裂纹在扩展过程中频繁改变断裂路径,提高了其抵抗解理断裂的能力,从而使其具有良好的低温韧性。

船用低温钢的冲击断裂行为及韧脆转变温度曲线分析

为比较拟合韧脆转变温度曲线各方法的优劣,确定船用低温钢韧脆转变温度,研究其冲击断裂行为,在20℃至–196℃系列温度下对试验钢进行Charpy冲击试验,并对其金相组织和断口进行分析。结果表明:使用Boltzmann函数拟合韧脆转变温度曲线的物理意义明确;船用低温钢韧脆转变温度为(–97±5)℃;试验温度高于韧脆转变温度时,裂纹形核功及延性裂纹扩展阻力变化不明显,但裂纹脆性扩展的阻力和裂纹失稳后的止裂能力随温度下降有较明显的降低;试验温度低于韧脆转变温度后,裂纹形核功及延性裂纹扩展阻力随温度降低迅速减小;试验钢的有效晶粒为(3.1±0.4)μm,细小的有效晶粒尺寸,是保证其低温韧性良好,韧脆转变温度低的主要原因。

X70管线钢低温韧性研究

采用冲击试验研究了X70高等级管线钢的低温性能，分析其低温韧性与组织特征的关系。试验结果表明，管线钢具有良好的低温韧性，按照能量法确定韧脆转变温度为--79。c。由于X70管线钢具有细小的有效晶粒尺寸，裂纹在扩展过程中频繁改变断裂路径，提高了抵抗解理断裂能力，使其具有良好的低温韧性。