大变形X80管线钢的应变时效

大变形管线钢是一种管道在通过地质复杂地区(滑坡、地震、冻土等)时,为了降低地层移动对管道可能造成的变形损伤而开发出来的新型管道结构用材料。采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对一种大变形X80管线钢在应变时效中的脆化规律进行了研究。结果表明,应变时效使试验钢产生脆化。随着应变时效温度的升高,强度和硬度增加,塑性和韧性下降。应变时效脆化形成的机制是管线钢间隙原子与位错的交互作用。与普通X80钢相比,大变形X80钢的应变时效倾向较小,这是因为双相组织中铁素体固溶的碳、氮原子少,位错密度低。

X80大变形管线钢的腐蚀行为

采用电化学测试、失重试验、铜加速乙酸盐雾试验等方法,研究了X80大变形管线钢的腐蚀行为。结果表明,在电化学试验中,X80大变形管线钢在NaCl溶液中的耐蚀性好于针状铁素体X80管线钢,腐蚀程度较轻。在铜加速乙酸盐雾试验中,随着腐蚀时间的延长,两种管线钢的腐蚀程度加剧,点蚀程度增加,相比较针状铁素体X80管线钢,X80大变形管线钢点蚀坑数目较少,表现出优异的耐蚀性。X80大变形管线钢优异的耐蚀性是由于其微观组织为晶粒粗大的多边形铁素体和贝氏体/马氏体,铁素体中位错密度较低。

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。

(B+M/A)X80大变形管线钢的组织与性能

采用一种新的HOP(Heat on-line partitioning)技术使X80管线钢得到了(B+M/A)复相组织。与普通X80管线钢相比,(B+M/A)X80管线钢在满足强度要求的基础上,有更优良的变形能力,其屈强比为0.80,均匀伸长率为10.3%,形变强化指数为0.14,满足了大变形管线钢的技术要求,适合应用于地震带、冻土等大位移的油气管线服役环境。显微组织分析表明,在(B+M/A)X80管线钢中,回火态贝氏体和细微化M/A间的复合作用,赋予材料高的强、塑特性。其中贝氏体基体中碳化物的析出和马氏体的形成,保证了材料具有较高的强度。贝氏体基体回火软化、位错恢复和薄片状或块状残留奥氏体的形成,使得材料具有良好的塑性变形能力。

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。

焊接峰值温度对X80管线钢焊接接头热影响区性能影响的热模拟

为了研究焊接峰值温度对大变形X80管线钢单道次焊接接头热影响区软化的影响,利用热模拟试验机在500~1 300℃下对X80钢的单道次焊接试验进行热模拟,研究了峰值温度对其组织和力学性能的影响。结果表明：当峰值温度从500℃升至700℃时,接头的屈服强度和冲击韧性升高,抗拉强度和硬度降低,组织中的珠光体含量减少,出现黑色的M/A岛,且其有沿晶界分布的特征;当温度从800℃升至1 000℃时,接头出现软化现象,屈服强度、抗拉强度和冲击韧性都降低,硬度的下降较为显著,M/A岛逐渐增多;出现软化的原因是发生了不完全重结晶,显微组织以铁素体为主,并且碳化物的弥散度随着温度升高而逐渐减小,故而强度和硬度下降;当峰值温度从1 100℃升高至1 300℃时,接头的屈服强度和抗拉强度明显增大,断面收缩率显著减小,硬度增加,显微组织以板条贝氏体和铁素体组成,M/A岛由细小、无序状排列向长条、有序状排列转变。

卷取温度对大变形(B+M/A)X80管线钢组织和性能的影响

通过卷取连续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、显微分析和X射线衍射方法研究了在不同卷取温度条件下(B+M/A)X80管线钢的组织演变规律,分析了显微组织对其力学性能的影响。结果表明,随着卷取温度的升高,贝氏体的含量和位错密度减小,残余奥氏体含量增加,导致材料强度降低和塑性增加。在高的卷取温度条件下,碳化物的析出和残余奥氏体的分解是材料强度增加和塑性减小的显微组织因素。在一定卷取温度下,实验钢有低的屈强比、高的均匀伸长率和和高的形变强化指数,符合大变形管线钢的技术要求。

临界区热处理工艺对X80大变形管线钢力学性能的影响

采用拉伸、夏比冲击、落锤撕裂(DWTT)及SEM等试验方法,研究了临界区热处理工艺生产的X80大变形管线钢微观组织和力学性能。研究结果表明:采用800～860℃保温15 min淬火后,强度可达到X80大变形管线钢要求,并具有优异的变形性能和极佳的低温冲击韧性,-20℃夏比冲击功均值大于240 J,夏比冲击剪切面积均值大于90%,-15℃DWTT剪切面积均值大于85%,同时拉伸曲线呈拱顶型。上述工艺参数条件下淬火后,得到铁素体加马氏体双相组织,马氏体体积分数为16.1%～18.2%。