B+M/A复相组织X80大变形管线钢的预应变脆化

采用热模拟试验机对X80管线钢进行了在线加热配分(HOP)处理,随后对HOP处理后的管线钢(HOP钢)进行了不同应变量下的预拉伸变形,研究了预拉伸应变量对该钢显微组织和力学性能的影响,分析了其预应变脆化现象。结果表明:HOP钢的显微组织由贝氏体+马氏体/奥氏体(B+M/A)组成,当预应变量为4%时,贝氏体形成了明显的胞状亚结构且较大预应变量下的胞状亚结构数量较多、尺寸较小;随着预应变量的增加,HOP钢的拉伸强度和硬度基本呈增大的变化趋势,而塑性呈减小的变化趋势,该钢发生了明显的脆化。

应变时效对(B+M/A)X80大变形管线钢的组织和性能影响

通过在线配分HOP(heating on-line partitioning)技术,使X80管线钢获取了(B+M/A)复相组织和大变形性能。采用力学性能测试、显微组织分析方法研究了预变量和不同温度时效温度条件下(B+M/A)X80管线钢的应变脆化规律,分析了显微组织对其脆化的影响。结果表明,(B+M/A)X80管线钢存在着应变时效现象,随着应变时效温度的升高,试验钢的强度和硬度呈现增加的变化趋势,试样的断后伸长率和均匀伸长率较低。随着时效温度升高,(B+M/A)X80管线钢的屈强比R_(t0.5)/R_m、形变强化指数n逐渐降低,导致材料大变形能力下降。应变时效脆化的机制是固溶于α-Fe中的C、N原子与位错的交互作用。与普通管线钢相比,(B+M/A)X80经HOP处理后位错恢复和碳、氮化合物沉淀析出有利于改善应变时效性。

X80M钢管道全自动焊接接头裂纹尖端张开位移差异性

针对不同预热条件下X80M钢管道全自动焊接接头,开展了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)的差异性研究.采用单边缺口3点弯曲试样进行CTOD试验,按照GB/T21143-2014标准和ISO15653-2018标准推荐的公式分别进行CTOD值的计算.结果表明,两种计算公式结果不同,采用ISO 15653-2018标准推荐公式计算CTOD值结果与GB/T21143-2014标准相比平均偏高35%,差异出现的原因是两种标准的修正方式侧重点不同,即GB/T21143-2014标准针对裂纹长度变化进行修正,而ISO15653-2018标准针对测试温度的影响进行修正.预热温度为80℃的接头试样CTOD值整体较低,其中按GB/T21143-2014标准计算有3个试样低于标准,最低为0.16 mm,按ISO 15653-2018标准计算有1个试样低于标准,最低为0.20 mm;预热温度为120℃时,所有试样在两种标准下计算的CTOD值均满足标准要求,焊接接头断裂韧性更好.相同预热条件下,熔合区试样CTOD值整体高于焊缝区试样,且CTOD最大值均出现于熔合区,具有较好的断裂韧性,熔合区CTOD值受组织不均匀性的影响,不同位置间存在较大差异,存在性能的不均匀性.

X80管线钢中M/A岛的EBSD结构表征

借助电子背散射衍射(EBSD)技术研究了X80管线钢中M/A岛的微观结构。结果表明,M/A岛的微观结构存在着三种组成形式,可以是单独的马氏体相,奥氏体相,以及马氏体与奥氏体的混合相,不同的组成形式对钢的韧性有着较大的影响。

基于临界区加速冷却的(B+F)X80大变形管线钢的组织和性能研究

采用热模拟、力学性能测试和材料显微分析等试验技术,对X80管线钢在临界区加速冷却工艺下的组织性能变化规律进行了研究。结果表明,通过临界区加速冷却,X80管线钢可获得贝氏体+铁素体(B+F)双相组织。随着始冷温度的上升,试验钢的贝氏体含量增加,铁素体含量降低,导致屈服强度增高,塑性降低。当始冷温度为840℃时,显微组织以细小、多位向分布的贝氏体为主,辅以高密度位错的多边形铁素体。这种(B+F)双相组织使得试验钢的屈强比为0.80、均匀伸长率为10.0%、形变强化指数为0.12,满足了大变形管线钢的技术要求。

西四线18.4 mm厚X80M管线钢的生产开发

针对西四线X80钢级螺旋埋弧焊管对热轧板卷提出的技术要求,介绍京唐公司18.4 mm X80M热轧钢卷的成分工艺设计,以及批量生产钢的力学性能、低温韧性。结果表明,京唐公司为西四线开发生产的18.4 mm厚热轧钢卷性能稳定,具有良好的低温韧性和低屈强比,各项理化性能全部满足管道工程技术标准要求。

高Nb X80管线钢M/A岛研究

以高Nb X80管线钢为研究对象,对钢中M/A岛的大小、形貌和分布特征进行了分析。结果表明,冷却速度的提高使钢中M/A岛尺寸更为细小,分布更为弥散、均匀,形貌趋于圆形或球状,有利于提高管线钢的力学性能;相同的冷却速度下,提高Nb含量可以促进了条状M/A岛的生成,说明高Nb含量促进了M/A岛从点状、块状向条状的转变;合金成分和冷却速度的调整可以减少M/A岛对钢性能产生的不利影响。

加热温度对X80管线钢显微组织和低温韧性的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机模拟了X80弯管用管线钢的感应加热过程,即以20℃/s的速率将尺寸为10.5 mm×10.5 mm×80 mm和?10 mm×80 mm的X80钢试样加热至880、980、1080和1180℃,保温100 s后以10℃/s的速率冷却至室温。随后检测试样的微观组织和低温韧性。结果表明:当加热温度从880℃升高到980℃时,钢中粒状贝氏体增多,多边形铁素体减少,M/A组元平均尺寸减小,大角度晶界比例增多,低温韧性提高;1180℃加热的钢晶粒尺寸增大,大角度晶界减少,低温韧性恶化;980℃加热的钢微观组织由细小的粒状贝氏体铁素体和M/A组元组成,低温冲击吸收能量高达200 J,因此X80管线钢的感应加热弯制过程的加热温度宜为980℃。

阿拉斯加管道工程用抗大变形X80双相管线钢开发

介绍了为阿拉斯加管道工程项目所开发的高强管线钢板,具有抗大变形的性能特征,其中关键技术之一是双相组织控制。通过控轧控冷工艺获得(铁素体+贝氏体)组织的钢板:控轧后在入水冷却前进行空冷,使多边形铁素体率先在基体中析出,然后通过加强水冷强度使剩余的基体组织转变为贝氏体,从而控制钢板的强度达到X80级别。研究结果表明,开始冷却温度是关键工艺参数,对钢板性能具有决定性作用。当铁素体均匀分布时,试验钢表现出良好的综合性能。采用合适的水冷工艺,低温韧性、变形能力与强度的配合才能达到阿拉斯加项目对X80管线钢的要求。

B型套筒焊接对X80管线钢性能的影响

为了研究B型套筒焊接对X80管线钢服役性能及腐蚀行为的影响,通过对X80母材及HAZ试样采用金相、硬度、拉伸、冲击、弯曲等测试,研究了焊接对管线钢各项理化性能的影响,并采用挂片失重法、表面分析(SEM/EDS)、电化学测试等方法,探究了套筒、X80母材及HAZ区在土壤模拟溶液中的腐蚀电位及腐蚀速率。结果表明:X80母材及其焊接HAZ的理化性能均符合标准;在模拟溶液中浸泡7 d后,Q345B套筒腐蚀速率>X80HAZ腐蚀速率>X80母材腐蚀速率,电化学测试显示X80母材的腐蚀电流随着腐蚀时间的增加而减少,HAZ试样和套筒的腐蚀电流随时间的增加而增大。B型套筒焊接后对X80管线钢母材的理化性能影响不大;3种试样的腐蚀速率均属于中度腐蚀,但随着腐蚀时间的延长,HAZ和套筒的腐蚀倾向性越大,O2、SO4<sup>2-和Cl-对管材的腐蚀起主导作用。

电子背散射衍射技术在X80管线钢环焊缝塑性应变表征中的应用

X80油气管道服役过程中的轴向应力(或应变)是导致管道失效的重要因素。轴向应力作用下,弱匹配环焊接头引入的过量塑性变形将导致焊缝处强度破坏或脆化失效。为了探究服役后的X80高钢级管道及环焊缝的微小轴向塑性变形,研究尝试使用电子背散射衍射技术(EBSD)对管线钢进行残余塑性应变进行表征。结果表明:以X80管线钢单轴拉伸和四点弯曲样品为试验对象,筛选并验证了X80母材的核平均取向差(KAM)与微小应变呈线性正相关;利用EBSD分析沿壁厚方向的环焊缝细晶区KAM分布情况,发现靠近盖面焊和打底焊处的KAM与塑性应变有较好的对应关系;在对脆性失效环焊缝细晶区的分析中发现,沿壁厚方向的KAM显著高于同位置的未服役环焊缝,该结果证实了X80环焊缝在脆性断裂前曾经历了一定量的塑性变形,有研究表明这种塑性变形的累积对环焊缝的韧性将造成不利影响。

X80管线钢不同变形状态的磁记忆检测试验研究

为探明管线钢在不同变形状态的力磁耦合特性,以实现油气管道塑性变形损伤的早期预警,本文开展了X80管线钢在弹塑性变形阶段的磁记忆检测试验研究。采用疲劳试验机对标准板状试件导入不同变形状态,通过应力-应变监测系统获取试件的实时应变情况,同时利用磁记忆检测仪对卸载后的试件表面磁场强度进行离线扫描。结果表明:在弹性变形阶段,磁场强度分布曲线表现出线性程度较好的直线,在塑性变形阶段则出现局部畸变;以磁场强度法向分量的斜率和切向分量的绝对值为特征参数,其随应力增加先增大后减小的变化规律反映了材料的弹塑性转变过程;利用改进的J-A磁机械模型可以合理地解释弹塑性变形过程中磁信号的反转现象;切向分量对局部塑性变形的表征比法向分量更为敏感,根据切向分量的变化可以判定试件是否进入塑性变形阶段,根据切向磁场梯度最大值与应力的量化关系,可以表征试件的应力集中状态,为塑性变形损伤的诊断提供依据。

厚规格高Nb成分X80M管线钢探伤不合原因分析及改进措施

针对集中出现的厚规格高Nb成分X80M管线钢探伤不合问题,利用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪等检测手段,对钢板缺陷处进行检测分析。结果表明:钢板中心富集的铌、钛夹杂物是导致探伤不合的直接原因,而冶炼中LF精炼过程温度低,净空小,钢水加热及搅拌效果差,致使加入的铌铁未完全溶解或溶解的铌分散不均匀,是导致探伤不合问题的根本原因。

X80大变形管线钢的预应变脆化

大变形管线钢因其较低的屈强比、较高的形变强化指数和较大的均匀伸长率,成为地震、滑坡、冻土等地质灾害地区油、气输送管道的首选材料。结合我国管道工程建设的要求,采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对一种贝氏体+铁素体X80大变形管线钢在预应变中的脆化规律进行了研究。结果表明,预应变使X80大变形管线钢产生脆化;随着预应变量的增大,该管线钢强度和硬度增加,塑性和韧性下降;预应变脆化形成的机理是管线钢位错亚结构的变化。

X80管线钢热变形过程再结晶规律研究

利用Gleeble2000热模拟试验机,研究X80管线钢单道次变形变形量对奥氏体再结晶及晶粒长大的影响。绘制了试验条件下X80管线钢变形量与奥氏体晶粒尺寸的关系曲线。结果表明:X80管线钢奥氏体晶粒尺寸随着道次变形量的提高,奥氏体晶粒平均晶粒尺寸逐渐减小,晶粒越来越细小均匀。结合设备及工艺条件,确定粗轧末道次压下率为25%。

工艺参数对高Nb X80管线钢连续冷却相变的影响研究

采用gleeble3500热模拟试验机,测得X80管线钢在不同变形工艺条件下的CCT曲线,并分析了显微组织的变化规律。结果表明:热变形能促进AF组织形成,提高AF相变温度,使CCT曲线向左上方移动,细化晶粒。

变形奥氏体的冷却速度对X80管线钢组织和性能的影响

通过Gleeble-1500热模拟试验机测定了X80管线钢(%:0.05C、0.17Si、1.78Mn、0.40Mo、0.08Nb、0.03V、0.03Ti)18 mm板经1100℃,1 s^(-1),40%变形,再以5℃/s冷至850℃,1 s^(-1),40%变形,并以1～40℃/s冷却至室温后的连续冷却转变(CCT)曲线,同时研究了冷却速度对组织和HV硬度的影响。结果表明,随冷却速度提高晶粒细化,针状铁素体比例增加,同时HV硬度提高。为得到较佳的组织,热变形后钢的冷却速度应≥15℃/s。

抗大变形管线钢X80轧制工艺研究

为提高抗大变形管线钢X80的力学性能,在鞍钢5500宽厚板生产线上对其轧制工艺进行了研究。结果表明,提高板坯加热温度及保温时间可改善产品抗拉强度;适当调整弛豫时间,保证钢板入水温度及优化轧制力、轧制道次,可有效控制钢板显微组织,提高产品的均匀延伸率。

X80M管线钢铜衬垫外根焊接头冷裂敏感性分析

开展了不同装配条件下大厚度、大管径X80M管线钢铜衬垫外根焊接头的冷裂敏感性分析.采用碳当量法和应力场模拟等方法,研究了不同装配条件对接头冷裂倾向的影响.结果表明,接头顶部盖面层的热影响区和底部根焊层是X80M管线钢焊接接头的最薄弱区域,冷裂倾向最大.对口间隙从0~0.5 mm增大至0.6~1 mm后,焊缝区根焊层的相对碳当量提高16.6%,增大了冷裂倾向.错边量提高使得接头盖面层热影响区淬硬性增大,冷裂敏感性增大.错边量和对口间隙增加均会导致焊后残余拉应力的进一步增大,错边量增大也会导致接头错边区域存在应力集中,错边量从0 mm增加为3 mm,其焊缝区根焊层凹角处残余应力峰值增加52.4%.因此,X80M管线钢电弧焊接过程需尽量减小对口间隙和错边量以降低冷裂倾向.

南钢低温高压服役用30.8 mm×4342 mm宽板X80M管线钢的开发

南钢根据中俄东线油气管道Φ1 422 mm特宽幅X80M管线钢制管要求和5 300 mm宽厚板生产线工艺装备特点,通过低温用特宽、特厚钢板的合金设计、微观组织细化、TMCP精细调控等技术,成功开发了低温超大输量管道用钢的成套工业化制造技术。为了提高30.8 mm钢板的低温韧性,320 mm铸坯进行转钢展宽轧制,展宽3道次,压下量80 mm;展宽后进行纵道次轧制,压下量都在22 mm以上,钢板进入超快冷进行冷却,开冷温度设定为740~750℃,终冷温度430~450℃。得到了晶粒均匀细小的针状铁素体组织,具有较高的强度与良好的低温韧性的低温管线产品。