油气井用26CrMo7S钢的热变形应变补偿型本构方程

以26CrMo7S钢为研究对象,通过热模拟研究实验钢在温度为850~1250℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)、最大变形量为70%条件下的热变形行为和流变应力特征,建立相应条件下的流变-应力本构模型,考虑热变形过程中应变对流变应力的影响,结合应变补偿进一步修正本构模型,并进行准确性验证和误差分析。研究结果表明:26CrMo7S钢的热变形行为受到加工硬化和动态软化相互作用的影响,在高应变速率下以动态回复为主,而在中低应变速率下受动态回复和动态再结晶两者共同作用;应变补偿修正后的Arrhenius本构方程六次多项式拟合效果较好,对不同应变下26CrMo7S钢的流变行为具有较高预测精度,相关系数为0.99406,平均相对误差仅为5.08%,验证了模型的准确性。

工艺制度对X80级抗大变形管线钢组织和性能的影响

利用扫描电镜,研究了工艺制度对X80级抗大变形管线钢组织和性能的影响。研究结果表明,随开始冷却温度的降低,先共析铁素体含量逐渐增加,贝氏体组织含量逐渐降低,钢板抗大变形性能参数提高。当开始冷却温度为720～740℃时,钢板具有最佳的综合力学性能,屈服强度Rt0.5为565 MPa,抗拉强度Rm为730 MPa,伸长率为42.7%,屈强比Rt0.5/Rm为0.75,Rt1.5/Rt0.5为1.161、Rt2.0/Rt1.0为1.116,均匀变形伸长率达到12.33%。

应变时效对大口径X80管线钢拉伸性能的影响

将大口径X80管线钢试样拉伸至应变为0.5%~3.5%,卸载后分别进行室温及200,230,250℃时效处理,研究了拉伸预应变和时效温度对试验钢拉伸性能的影响;采用直缝埋弧焊在制管扩径率为0.5%~0.8%下对试验钢进行制管,研究了制管扩径率对试验钢拉伸性能的影响。结果表明:进行一定应变预拉伸+时效处理或制管扩径后,试验钢发生应变时效,其屈服强度增大,抗拉强度变化较小,屈强比增大;制管扩径率对屈服强度增量和屈强比增量的影响比拉伸预应变的更大;室温应变时效后,拉伸预应变是影响屈服强度和屈强比提高的主要因素;200~250℃应变时效对试验钢拉伸性能的影响比室温应变时效的大,200~250℃时效温度的变化对拉伸性能影响不大。

冷却工艺对抗大变形管线钢X70HD热涂敷性能的影响

抗大变形管线钢加热并保温一段时间后,钢管力学性能将发生变化,通常屈服强度、屈强比升高,均匀延伸率降低,应力-应变曲线形状改变等,这些性能变化将降低钢管的抵抗变形的能力。利用扫描电镜等设备研究了冷却工艺对21 mm X70HD抗大变形管线钢组织、性能和应变时效硬化的影响。结果表明,随开始冷却温度的降低,先共析铁素体含量逐渐增加,贝氏体含量逐渐降低,贝氏体由粒状逐渐向板条状转变,当开始冷却温度在700℃时,钢板具有最佳的综合力学性能,试验钢板通过制成1016 mm钢管,钢管在200℃时效保温5 min下,纵向屈服强度Rt0.5为509 MPa,抗拉强度Rm为692 MPa,延伸率为42%,屈强比Rt0.5/Rm为0.73,Rt1.5/Rt0.5为1.19、Rt2.0/Rt1.0为1.10,均匀变形伸长率达到9.5%。

大壁厚海底管线钢X70工艺试验

为适应海底油气能源输送的需要,湘钢展开了大量研究,以低碳微合金化配合适当的控轧控冷工艺,成功地试制了大壁厚海底管线X70钢板。

高韧性厚规格X80管线钢组织与性能

通过低碳微合金设计,LF+VD复合精炼,控轧控冷等技术,开发了高韧性厚规格X80管线钢。检测了X80管线钢钢板及直缝埋弧焊管的力学性能,结合金相对微观组织进行检测。结果表明,开发的X80管线钢屈服强度均达到600MPa以上,屈强比小于0.93,具有优异的低温韧性,韧脆转变温度低于-60℃。直缝埋弧焊管管体组织较均匀致密,金相组织为B粒(贝氏体颗粒)+PF(多边形铁素体)+P(珠光体),粒度达12级,夹杂物均控制在1.0级以内。

一种高强度钢的CCT曲线的测定与分析

通过Gleeble-3500热模拟机测定热轧态钢以不同速度连续冷却到室温的膨胀曲线,结合微观组织观察和硬度测试,绘制出一种高强度钢的CCT曲线,并分析不同冷却速度对组织演变及硬度的影响。研究结果表明:当冷却速度小于0.2℃/s时,主要发生铁素体转变和贝氏体转变,转变产物为多边形铁素体+上贝氏体+粒状贝氏体的混合组织;当冷却速度处于0.5~1.0℃/s范围时,主要发生贝氏体转变,对应0.5℃/s冷却速度的转变产物以上贝氏体为主,对应1.0℃/s冷却速度的转变产物以下贝氏体为主;当冷却速度介于1.0~5.0℃/s之间时,发生贝氏体+马氏体转变,转变产物为下贝氏体+板条马氏体的混合组织;当冷却速度大于等于5.0℃/s时,主要发生马氏体转变,微观组织以板条马氏体为主。当冷却速度小于5.0℃/s时,硬度随冷却速度增大显著增加;当冷却速度大于25.0℃/s时,硬度变化不大。

X80级管线钢的开发研究

根据X80级管线钢技术要求,对湘潭钢铁(集团)有限公司试制X80级管线钢进行成分设计、相变规律和再结晶规律研究,开发出了Φ1016×22.0 mm X80级热轧钢板。检验结果表明,各项性能指标均满足技术要求。

热连轧E36船板钢连续冷却相变行为

通过热模拟试验机模拟了20 mm E36船板钢(%:0.15C、0.38Si、1.56Mn、0.011P、0.002S、0.04Nb、0.06V、0.02Ti、0.037Als)经1 080℃和830～890℃分别以变形速率1 s^(-1)变形30%的双道次轧制及冷却过程,测得连续冷却转变曲线,并研究终轧温度和轧后冷却速度(5～25℃/s)对该钢相变和组织的影响。结果表明,随着冷却速度的增加,相变开始温度降低,珠光体的体积分数减小,贝氏体的体积分数增大;随着终轧温度的降低,相变开始温度升高;铁素体晶粒随冷却速度的增加和终轧温度的降低而细化。

X70抗大变形直缝埋弧焊管的开发

针对基于应变设计地区管道建设,尤其是中缅管线项目所需的X70抗大变形焊管进行研究开发。采用铁素体+贝氏体双相组织的高应变能力的钢板,结合新开发的制管工艺,使批量研制的X70抗大变形焊管具有良好的强度、均匀延伸率、应力比等优点。通过对制管前后的拉伸性能进行对比,发现大变形钢板制管后屈服强度、抗拉强度大幅提高,而均匀延伸率、应力比等指标有所下降;热时效试验表明,时效处理后钢管纵向屈服强度、抗拉强度均升高,而均匀延伸率、应力比等指标进一步下降。

高强度管线钢的开发

通过管线长距离运输天然气、石油是能源运输的主要方式。出于降低成本的需要,天然气运输管线的工作压力不断提高,这就要求应用X80或更高级别的管线钢。本文主要从成分设计、工艺设计以及性能分析等方面,论述了Φ1016mm×22.0mm管线用X80热轧钢板的研制。

大直径X90M管线钢的开发与试制

采用超低碳Mn-Mo-Ni-Cr-Cu合金设计和TMCP工艺，开发了板厚为16．3mm和19．6mm大直径（1219mm）X90M管线钢。结果表明，两种试验钢轧态性能较好，以细小粒状贝氏体＋针状组织＋细小弥散分布M-A岛的组织构成，具有较佳的强韧性匹配。屈服强度为603-641MPa。抗拉强度为761～815MPa，屈强比在O．8l以下。-15℃冲击功大于300J，-20℃落锤撕裂（DWTF）剪切面积大于85％：并且16．3mmX90M韧塑性明显优于19．61TimX90M；制管后随着扩径率的提高，强度与屈强比上升，同时均匀延伸率与低温韧性下降，但屈强比仍小于0．93，其均匀延伸率大于5％，且-15℃冲击功大于220J。

不同冷却方式下X80M管线钢的组织演变

针对当前开发高强韧性、低屈强比管线钢的需求,利用光学显微镜和透射电镜,研究了4种不同冷却方式下X80M管线钢的组织性能演变。结果表明:轧后空冷钢板的屈强比较高,金相组织主要为PF+P,没有明显的亚结构,位错密度低,强度低,均匀伸长率好,但落锤性能差;轧后钢板弛豫至Ar3温度以下,水冷前会先析出一部分PF,快速冷却过程中富碳奥氏体在更低温下会发生贝氏体转变,随着冷却速率的增大,组织形貌由块状演化为条片状贝氏体,由PF+B的双相组织构成,存在较高密度的位错,具有较好的均匀伸长率与硬化指数,该工艺适合抗大变形管线钢的生产;轧后钢板直接快速冷却至Ms温度以下,钢板强度高韧性好,但均匀伸长率与硬化指数下降,金相组织为典型AF+MA,该工艺适合常规高钢级管线钢的生产。

大口径厚规格X80管线钢的低温断裂控制

以大口径(OD1422 mm)、大壁厚(38.5 mm)X80级管线钢热轧板为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和-20℃低温落锤撕裂试验断口形貌进行分析,研究了断裂与组织之间的关系。结果表明,带状组织和不同厚度位置晶粒度大小不均,粒状贝氏体、退化珠光体、准多边形铁素体和马奥岛等混合组织会导致裂纹的萌生和扩展,出现解理断裂,对低温韧性不利,而尺寸为3μm以下的马奥组织和均匀分布的贝氏体铁素体对裂纹扩展起阻碍作用,说明细小的马奥组织和贝氏体铁素体能够提高钢板的断裂韧性,对低温断裂控制十分有利。

Q420耐候钢表面稳定化处理锈层组织及性能研究

利用干/湿交替腐蚀试验,辅以扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站研究在0.03%NaCl的模拟溶液中NaNO_(2)浓度对Q420耐候钢表面锈层稳定化的影响,并分析Q420耐候钢表面锈层的相组成及电化学反应的变化规律。结果表明,NaNO_(2)浓度较低时会加速Q420耐候钢的腐蚀;NaNO_(2)浓度适当时可以减缓Q420耐候钢的腐蚀速率,表面锈层稳定化速度加快;当NaNO_(2)浓度较高时Q420耐候钢的腐蚀速率太慢,不利于耐候钢表面快速形成保护性锈层。试验表明,当NaNO_(2)浓度为0.05%时,Q420耐候钢锈层优先进入稳定化状态。

控轧工艺对厚壁X70管线钢低温止裂性能的影响

针对壁厚33 mm、管径?1 422 mm管线用X70钢板在-30℃下DWTT性能异常问题,利用扫描电镜和背散射电子衍射技术,分析了两种不同控轧工艺下X70管线钢板的微观组织、晶粒大小及取向等因素对其低温止裂性能的影响。结果表明:粗轧采用7道次,道次压下量21~35 mm,轧后冷却速率19.4℃/s的条件下,钢板可获得细小的多边形铁素体、针状铁素体、以及弥散分布的M/A岛组织;同时,由于采用大压下率,提高了钢板心部变形渗透能力,可以细化心部奥氏体晶粒,增加了心部大角度晶界比例;还有,由于钢板厚度方向晶界取向差接近且心部存在38.2%的大角晶界,均有利于提高管线钢板的止裂性能。

高性能桥梁钢Q690qENH组织性能

为了加快目前我国高性能桥梁钢的研发与应用,采用低碳添加铌、钼、钒、铬等合金化元素及热机械控制轧制和离线回火热处理工艺研制高性能桥梁钢Q690qENH,并对轧态和400~700℃系列温度回火热处理后显微组织演变、力学性能和断裂韧性进行了系统研究。研究表明,轧态和回火热处理后均以粒状贝氏体和针状铁素体为主,轧态还存在少量铁素体组织,回火热处理过程中有大量析出相,且随回火温度提高,这些析出相更多更弥散,当回火温度提高到650℃时出现大量纳米级析出相,700℃时出现20~30微米的粗化析出相,且出现少量块状铁素体组织。同时在500~650℃区间进行回火热处理后各项性能优良,屈服强度719~754 MPa,抗拉强度841~852 MPa,屈强比0.85~0.90,断后伸长率>20%, Z向性能>70%,夏比冲击实验值在180 J以上,断裂韧性在-40℃低温环境下CTOD值在0.20 mm以上,属于韧性破坏断裂。

控轧控冷工艺对X80级抗大变形管线钢组织与性能的影响

对试制的X80级抗大变形管线钢不同开始冷却温度下的力学性能进行了测试,并通过扫描电镜分析了不同开始冷却温度下钢板最终组织及形态,研究了控轧控冷工艺对X80级抗大变形管线钢组织与性能的影响。结果表明,随着钢板开始冷却温度的降低,X80级管线钢中的先共析铁素体量逐渐增加,贝氏体含量逐渐降低,钢板抗大变形性能参数提高。当开始冷却温度在740℃时,钢板具有最佳的综合力学性能,其屈服强度Rt0.5为565MPa,抗拉强度Rm为730MPa,伸长率A为42.7%,屈强比Rt0.5/Rm为0.75,Rt1.5/Rt0.5为1.181,Rt2.0/Rt1.0为1.116,均匀变形伸长率达到12.33%,具有较强的抗变形能力。

X90级管线钢应变时效行为

针对高级管线钢应变时效问题,对X90级直缝埋弧焊管管体不同预应变及时效前后的组织和力学性能进行了对比,研究了应变时效对X90级管线钢组织和力学性能的影响。结果表明：不同应变时效前后X90级管线钢的显微组织和冲击韧性变化不明显;应变时效后拉伸曲线由拱顶型连续曲线转变为吕德斯型屈服曲线,屈服强度增加,屈强比升高;预应变量越大,屈服强度和屈强比升高越显著,且横向性能受到预应变量的影响比纵向要大,而200~250℃温度区间时效对屈服强度和屈强比影响较小。

高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的防断选材及验收方法

针对TMCP+T和QT 2种工艺生产的40 mm厚Q690qNH耐候桥梁钢板,分别采用GB/T 228.1—2010和GB/T 229—2020标准进行了纵向表面、1/4、心部和横向表面的室温拉伸试验和-120~+20℃系列温度夏比V型冲击试验;采用GB/T 5482—2007和GB/T 6803—2008标准进行了纵向表面、心部和横向表面的-120~+20℃系列温度动态撕裂试验和P2型的无塑性转变温度落锤试验;采用GB/T 21143—2014和Q/725-1182—2005标准进行了纵向的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验和全厚度深缺口宽板拉伸试验,并对各试验结果及其相关关系进行了分析,同时采用光学显微镜观察了2种工艺钢板不同厚度处的金相组织以及采用SEM扫描电镜观察了CTOD试样断口形貌,结合BS 7910的失效评定FAD图,以及典型桥梁焊接构件断裂驱动力的估算,对高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的防断选材及验收方法进行了讨论。结果表明,QT工艺钢板的横纵向和厚度方向的强度更加均匀,其塑性、冲击、动态撕裂、CTOD以及断裂韧度K;等性能较好,可作为D级钢用于关键构件的使用,但作为E级钢,即使用于一般构件也存在风险,而TMCP+T工艺钢板断裂韧性较差,即使作为D级钢也是不符合防断选材要求的;对Q690qNH试验钢,采用1/4厚度处纵向冲击试验的脆性快速增加开始温度作为其防断判据及验收具有良好的可靠性和适用性,作为关键构件使用时,1/4厚度处纵向冲击断口纤维断面率应高于97.5%且冲击吸收功不低于125 J。