输氢管线钢的断裂韧性评价方法探讨

氢能是从化石能源向低碳能源转换的有效途径,而管道输送是氢能发展最经济、高效的方法。针对氢气输送当前面临的氢脆问题,阐述了开展输氢管线钢氢相容性评价的必要性,通过分析比较目前采用的高压氢储运选材评价及设计规范,认为断裂韧性是相容性评价的重要指标。通过深入分析了各标准及规范对断裂韧性评价的差异性,发现K_(IH)评价中试样厚度的判据存在局限性,同时认为K_(JIC)是目前评价断裂韧性较为合适的方法,并讨论了试验气体对纯度的要求。建议统一相关标准中的术语及其物理内涵及测试方法和流程,提高试验数据测试效率及利用价值,助力氢能行业高效平稳发展。

立辊调宽热粗轧过程三维有限元模拟

采用非线性有限元软件MARC,通过三维弹塑性热-机耦合的方法模拟了低碳钢板六道次粗轧过程,分析了粗轧过程中板坯边角部金属的流动趋势、轧件表面等效应力-应变及温度场的分布规律。模拟结果表明,在立辊调宽工艺条件下,轧件边角部金属向板坯表面流动,在原始边角部位置表现出低温、高应力应变规律,是产生裂纹翘皮等缺陷的高危区。

690MPa级特厚调质钢板工艺与性能试验研究

实验室研究了一种屈服强度为690 MPa级特厚高强调质钢板的工艺与性能之间的关系。结果表明:采用低C并添加Cr、Mo、V的合金成分设计,经厚板轧制后,通过900℃淬火+650℃回火调质处理,实验钢板可以获得最佳的组织和性能,满足ASTM517Q标准对100 mm厚特厚钢板的强度及冲击韧度的要求。

X90大口径UOE焊管的开发研究

采用热—力模拟试验技术和试验轧制方法,研究了X90高强度管线钢形变奥氏体动态连续冷却转变特性以及工艺性能关系,并以此为基础进行了X90管线钢板和大口径焊管的工业试制。结果表明,通过采用低碳、高锰及微合金化的成分设计方法和优化的控轧控冷厚板制造工艺,可制造以细化低碳贝氏体为组织特征、具有高强度和高韧性的X90管线钢板。结合合适的UOE成型及焊接工艺,试制的1 219×16.3 mm、1 219×19.6 mm规格X90大口径UOE焊管同样具有优异的强度、塑性和韧性匹配,管体横向均匀延伸率达到4.5%以上,-10℃管体冲击功达到300 J以上,0℃DWTT剪切面积达到90%以上,且具有较好的焊缝质量,各项性能指标均满足第44版API 5L标准要求。

无缝钢管连轧过程有限元数值模拟研究

针对MINI-MPM少机架连轧管机组,应用有限元模拟软件MARC模拟实现了3种工艺条件下三机架限动芯棒轧管过程,分析了轧制过程中不同工艺对金属流动、各机架变形区内摩擦分布规律以及轧制力的变化规律.

成分工艺对X65抗HIC管线钢组织性能的影响

实验室研究了合金成分及卷取工艺对X65抗HIC管线钢的显微组织、力学性能、抗HIC性能的影响规律。结果表明,添加Cu、Ni、Mo合金或降低卷取温度均有利于改善钢的强韧性及抗HIC性能。对于C-Si-Mn基础成分,在450-550℃范围内卷取时,随着卷取温度的下降,珠光体含量减少而贝氏体含量逐渐增加,力学性能变化不明显,但抗HIC性能显著提升;在同样的工艺条件下,Cu、Ni尤其是Mo合金的添加,抑制了珠光体转变,贝氏体的比例显著增加且晶粒更加细小,因此,强度、韧性及抗HIC性能均呈上升趋势。

X100管线钢板及UOE焊管的开发

采用热模拟和实验室试验轧制方法,研究了低C高Mn微合金化X100管线钢的动态连续冷却转变（CCT）特性和冷却工艺与组织、性能间的关系。分析表明,冷却速率为20-80℃/s时可获得合适的硬度和显微组织,采用低于Ar3相变点的ACC开始冷却温度有利于改善钢的均匀伸长率,150-350℃停止冷却温度有利于获得高的强度和韧性。并根据某工程需求,开发并商业化生产了φ711 mm×12.5 mm、φ711 mm×20 mm规格的X100 UOE焊管,开发的焊管具有优异的管型尺寸,管体-30℃低温冲击能量达到200 J以上,焊缝及热影响区冲击能量达到100 J以上,均满足API 5L标准要求。

连续油管的发展

概述了连续油管(Coiled Tubing,CT)的发展历史、技术应用及其材料的发展与规格的提升。结合我国CT应用的现状,阐述了当前连续油管作业工艺单一、成本高、依赖进口等特点,分析了国内CT技术的发展趋势。研究表明我国CT市场前景良好,主要体现在连续油管钻井(Coiled Tubing Drilling,CTD)、输油管线、修井测井以及其他相关领域的应用。因此,发展国产CT材料及其制造技术具有重要意义。

CT100高强度连续油管用钢卷的开发与应用

介绍了宝钢CT100高强度连续油管用钢卷的开发及应用。宝钢开发的CT100高强度连续油管用钢卷具有低的硫磷含量、均匀的显微组织、合适的力学性能,钢卷的屈强比低于0.80,且不同部位强度性能差异在50 MPa以内,符合连续油管的制造需求。采用研制的钢卷钢制造的连续油管各项力学性能均满足API Spec 5ST规范对CT100钢级连续油管的要求,且具有优良的抗疲劳性能。

Φ1422mm×38.5mm X80钢级UOE焊管的开发

研究了38.5 mm板厚规格X80管线钢的相变行为以及冷却工艺对组织性能的影响规律,结果表明在低平均冷却速率+低终冷温度的冷却条件下,厚规格钢板全厚度组织更加细小均匀,具有≤0.85的屈强比及更优的落锤撕裂测试(DWTT)韧性。并通过数值模拟仿真评估了宝钢UOE生产线的成型能力及制造可行性;以此为基础完成了Φ1422 mm×38.5 mm特厚规格的X80管线钢板及UOE焊管的工业试制,试制的钢管各性能指标均满足API Spec 5L技术要求。

宝山钢铁股份有限公司首次实现国内商业化生产超高强度UOE焊管

2013年10月，根据海洋工程项目需求，宝山钢铁股份有限公司成功开发了Ф711mm×12．5mm、Ф711mm×20mm两个规格的X100M超高强度UOE焊管，在国内首次实现X100M焊管的商业化生产及供货。

酸性环境用UOE焊管的开发及应用

简述宝钢股份酸性服役环境用UOE焊管的开发实践情况。针对典型规格、钢级的UOE焊管的主要技术要求,介绍宝钢股份不同规格产品的工艺路径方案、产品的化学成分、夹杂物和偏析控制、钢板轧制工艺,以及生产出的UOE焊管的力学性能及其应用情况。分析认为:宝钢股份通过合理设计化学成分,严格控制非金属夹杂物和中心偏析,采用TMCP轧制工艺生产制管用原料钢板(含卷板开平板),并通过控制合适的压缩率和扩径率,降低并均匀化了制管残余应力,使得UOE焊管获得了高的尺寸精度,且其力学性能及抗HIC、SSCC性能优良,满足用户的使用条件。

海洋平台用高强度齿条钢的研制

自升式海洋平台桩腿用厚规格A517Q高强度结构钢,要求具有高的强度及优良的低温冲击韧性。为了满足上述要求,在工艺上采用模铸、初轧及厚板轧制,并采用淬火加回火的调质工艺;在成分设计上,为得到回火后组织,保证高的强度和一定的淬透性能,主要通过Mo、B、Cr等元素的作用,同时加入一定数量的Ni。通过成分与相应的调质工艺配合,保证A517Q钢具有高的强度、高的冲击韧性及良好焊接性能。宝钢生产的127、152.4 mm厚的A517Q钢板制造的齿条已经成功应用在中海油923、924自升式海洋平台。

面心纯铝单向拉伸的晶体塑性学有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,实现了晶体塑性学有限元模拟过程。直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,分别预测了单向拉伸面心1050纯铝过程中的力学响应与织构演化。应力应变响应数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,同时也存在一定的偏差。两种多晶模型(Taylor模型和有限单元模型)分别模拟了单向拉伸真应变0.25和0.37时的织构演化。随着真应变的增加,两种丝织构(〈111〉织构和〈100〉织构)变得更加锋锐,模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性。

纯铝单向压缩过程的晶体塑性有限元模拟

在率相关晶体塑性理论框架下,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入有限元程序ABAQUS中,实现了纯铝单向压缩过程的晶体塑性有限元模拟。直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入UMAT子程序,预测了单向压缩1050纯铝过程的力学响应与变形织构演化。结果表明:模拟力学响应结果与试验结果有较好的一致性,同时也存在一定偏差。随着真应变的增加,压缩丝织构(<110>织构)趋于锋锐,模拟结果与EBSD试验测得的织构演化结果能较好地吻合。

面心纯铝轧制织构的晶体塑性有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,实现了晶体塑性学有限元模拟.直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,预测了两种不同应变情况下面心1050纯铝轧制织构的演化.模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性,随着变形程度的增加,预测织构与实测织构变得更加锋锐.经过比较,Taylor型模型预测出了{4411}〈11118〉的Dillamore取向,而有限单元模型预测出了铜型织构取向,比Taylor模型预测结果更接近实验验证结果.两种模型并不能预测出{011}〈211〉黄铜取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.

低锰管线钢的相变行为

低锰成分体系的管线钢因其优异的耐酸性能,在国际管线钢领域引发热烈关注。利用热力学软件Thermo-Calc计算了低锰和高锰成分钢在包晶反应和共析反应温度区间的相图,结果表明低锰钢的δ-Fe单相区温度跨度比高锰钢大,更有利于溶质原子均匀化扩散,在共析温度附近的α-Fe单相区中C的最大固溶度显著高于高锰钢。利用Thermecmastor-Z热模拟试验机对某低锰含量管线钢进行了形变奥氏体连续冷却转变热模拟试验,以冷速0.1~10℃/s连续冷却时,组织主要为多边形铁素体和很少量的珠光体,随冷速增加,铁素体和珠光体都更加细小;冷速超过15℃/s时,组织为铁素体和粒状贝氏体。

X100热煨弯管用管线钢的CCT曲线研究

针对热煨弯管的热处理工艺特点,采用Gleeble 3800进行了X100管线钢的连续冷却相变规律研究。利用热膨胀法,结合金相和硬度分析,绘制了X100管线钢的CCT曲线。研究了不同冷却速率对相变温度、组织和硬度的影响。结果表明:随冷却速率的不断提高,组织逐渐从多边形铁素体向准多边形铁素体、粒状贝氏体、贝氏体铁素体转变。冷速为0.1℃/s时,组织为多边形铁素体+少量珠光体;冷速达到50℃/s时,组织为贝氏体铁素体。晶粒尺寸和板条亚结构的细化、切变型组织比例的增加,是硬度随冷速提高而增加的主要原因。

西气东输二线用高Nb X80级管线钢宽厚板的开发

介绍了宝钢高Nb成分X80级直缝埋弧焊管用管线钢厚板的开发目标和设计思想,论述了开发的X80级钢板和直缝埋弧焊管的工业化试制情况,重点分析了X80级钢板和直缝埋弧焊管的理化性能。分析结果表明,试制钢板具有超低的C含量、较高的Mn和Nb含量,且显微组织细小,具有较高的强度、韧性及良好的焊接性,试制钢板和钢管均满足《西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件》要求。

回火温度对EH40级高强度船板钢组织与力学性能的影响

应用光学显微镜、扫描电镜和力学性能检测设备研究了回火温度对68mm厚EH40级高强度船板钢组织和力学性能的影响。结果表明:在500～670℃的温度范围内回火后,该钢板的组织形态基本不发生变化,但随着回火温度的上升,钢板内部碳化物弥散析出、均匀分布,钢板的强度降低,韧性提高;600℃×3.5h回火后钢板具有最优的强韧性能匹配。