抗大变形管线钢热影响区软化问题的研究

为了研究抗大变形管线钢热影响区出现软化区的具体原因,本文采用焊接热模拟实验研究了X80级抗大变形管线钢的焊接热循环过程,结合金相显微镜、扫描电镜、EBSD、透射电镜和冲击实验,分析了热影响区软化区的组织变化、晶体学特征和冲击韧性.结果表明:当母材组织为多边形铁素体+贝氏体时,焊接热影响区的软化区出现在峰值温度600~700℃的高温回火区,此时组织转变成硬度较低的粗大铁素体+回火贝氏体,并且回复过程加快,组织中亚结构的大幅度减少和位错密度的显著降低是产生软化区的主要原因;软化区的韧性较好,但是在800℃的临界区,M/A组元发生了聚集和粗化,并且大角度晶界比例降低,导致了韧性低谷的出现.

X70抗大变形管线钢管的组织结构和形变硬化性能分析

采用金相和电子背散射衍射分析、准静态拉伸及数值模拟方法,研究了X70抗大变形管线钢管的组织结构、形变硬化性能及其可采用的表征方法.结果表明:X70抗大变形管线钢在整个塑性应变区域内不符合Hollomon公式,不具有确定的形变硬化指数n;在管线钢塑性变形的起始阶段n较大,但随着应变增大n快速减小;当总应变达到2.0%之后,形变硬化能力趋于稳定.工程应用中利用Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0和Rt5.0/Rt1.0三个应力比可以较好地描述抗大变形管线钢的形变硬化性能.当Rt1.5/Rt0.5≥1.070、Rt2.0/Rt1.0≥1.025、Rt5.0/Rt1.0≥1.050时,可使钢管压缩侧2倍管径长度上的平均压缩应变大于1.3%.

X70HD抗大变形管线钢的静态再结晶行为

利用Gleeble-3500热模拟试验机对X70HD抗大变形管线钢进行了不同变形条件下的双道次热压缩实验,研究了不同形变条件对X70HD抗大变形管线钢静态再结晶行为的影响。根据实验结果计算得到了此材料的静态再结晶的激活能,建立了具有较高精度的静态再结晶动力学模型。结果表明:X70HD抗大变形管线钢静态再结晶行为受到变形速率、变形量、变形温度等参数的影响较大,而受材料初始晶粒尺寸的影响较小,并随着间隔时间的增大软化程度加大,静态再结晶分数升高。

X100抗大变形管线钢焊接热影响区的显微组织与冲击功

采用部分再结晶区加速冷却的方法获得了X100抗大变形管线钢,利用焊接热模拟技术制备了不同热影响区试样并研究了其冲击功和显微组织。结果表明:X100抗大变形管线钢具有较强的极限应变能力,其组织为粒状贝氏体和多边形铁素体;模拟热影响区试样的冲击功随热循环峰值温度的升高而下降,当峰值温度为1 300℃时,冲击功为247.9J,比母材的降低了17.3%,冲击断裂方式也从韧性断裂转为解理断裂;热循环峰值温度升高使热影响区组织发生再结晶,并且晶粒粗化,降低了其韧性。

抗大变形管线钢的动态再结晶行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机研究了抗大变形管线钢在不同压缩变形条件下的动态再结晶行为,采用光学显微镜和扫描电镜观察了奥氏体的形貌,利用线性回归法对真应力-真应变数据进行分析,得到了试验钢的热变形方程。结果表明:ε=1s-1,ε=0.30时,试验钢发生部分动态再结晶的温度区间为920～1 020℃;在980℃,ε=1s-1时,发生部分动态再结晶的应变为0.20～0.40,而且应变对再结晶晶粒尺寸的影响不大;ε=0.40时,动态再结晶基本完成,0.40<ε<0.60,发生了多轮动态再结晶,再结晶晶粒尺寸随应变的增大而减小;试验钢在950～1 100℃的热变形激活能为360.365kJ.mol-1,应力指数n为4.326 3。

X70HD抗大变形管线钢热变形行为

通过考虑临界应变以后的软化机制,构建了包括动态回复和动态再结晶过程的金属热成形分段流变应力数学模型。利用Gleeble3500热模拟试验机进行了X70HD抗大变形管线钢低应变速率到高应变速率下的单道次热压缩实验,获得了应力-应变曲线,并确定了基于Z参数的特征点、待定参数值,验证了模型不但在低应变速率下适用,在高应变速率下仍具备较高的准确性;建立了从动态再结晶开始到完成整个过程被考虑在内的再结晶动力学模型,通过与基于Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程求得的动态再结晶实际体积分数相比较,表明该动力学模型具有很高的精确度,可为抗大变形管线钢生产中的组织、性能预报提供理论依据。

油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与应用

简述了油气管道的失效模式及失效原因。着重介绍了地震和地质灾害引发的管道失效。重点对抗大变形管线钢的开发与应用进行了综合评述。提出:通过地震和地质灾害多发区的管道应采用基于应变的设计方法;在解决管道承受大位移、大应变问题的同时,选择合适的管线钢及钢管,也可使管道具有抗大应变的能力。抗大变形管线钢应具有的主要特性包括:应力应变曲线为Round house型、屈强比较低、形变强化指数高、均匀塑性变形延伸率高,组织为包含有硬相和软相的双相或多相组织,管道环焊缝接头应为高匹配。

X70抗大变形管线钢焊接接头的组织与力学性能

采用三种不同的焊接工艺对X70抗大变形管线钢进行焊接试验,通过组织观察、拉伸及冲击试验分析了焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:采用GMAW焊接的试样,其焊缝金属主要由针状铁素体和少量准多边形铁素体组成,热影响区组织为粗大的粒状贝氏体和少量准多边形铁素体,具有较高的强度和韧性,但塑性变形能力较差;采用GMAW+FCAW焊接的试样,其焊缝主要由针状铁素体和少量准多边形铁素体组成,热影响区为粗大的粒状贝氏体和板条贝氏体,具有很高的屈强比;采用SMAW+FCAW焊接的试样,其焊缝主要为粗大的多边形铁素体,热影响区为准多边形状铁素体和贝氏体,焊缝硬度低于热影响区和母材的,其焊接接头具有优良的强度和韧塑性,同时具有较高的抗变形能力。

轧后冷却制度对X80级抗大变形管线钢组织和屈强比的影响

利用SEM和TEM原位拉伸方法研究了轧后冷却制度对X80级抗大变形管线钢组织的影响及低屈强比的微观机理.结果表明:采用轧后弛豫+控制冷却的工艺可以获得铁素体+贝氏体双相组织,弛豫终止温度是影响铁索体体积含量和晶粒大小的决定因素.当弛豫终止温度区间为690—705℃时,试样的强度和塑性达到了较好的匹配,满足X80级抗大变形管线钢的性能要求.弛豫终止温度越低,铁索体体积含量越高,晶粒尺寸越大,屈强比越低.对拉伸过程进行动态原位观察的结果表明,铁素体(软相)和贝氏体(硬相)的协调变形机制是屈强比降低的原因.

冷却工艺对X80级抗大变形管线钢组织性能的影响

采用两种冷却路径控制工艺试制了X80级抗大变形管线钢,并利用扫描电镜和透射电镜进行了显微组织观察,研究了轧后冷却工艺对X80级抗大变形管线钢组织性能的影响。结果表明,轧后采用前段空冷+后段快冷的"两段式冷却"工艺所得显微组织为先共析铁素体、针状铁素体、少量贝氏体和M/A岛,组织中软硬相匹配良好,屈强比为0.76;而超快冷+空冷+快冷的"三段式冷却"工艺获得针状铁素体、贝氏体和M/A岛混合组织,屈强比为0.8。两种冷却工艺均可获得抗大变形管线钢,差别在于应用三段式冷却工艺得到实验钢的强度较高,可用于开发更高级别抗大变形管线钢,并且空冷时间缩短。

空冷弛豫对X70级抗大变形管线钢组织性能的影响

用显微组织分析,力学性能检测以及SUPPA55场发射扫描电镜,研究轧后空冷弛豫对X70级抗大变形管线钢综合性能的影响。结果表明,在相同的轧制工艺下,试验钢随着空冷弛豫时间延长,入水温度降低,先共析铁素体的量和析出物的量都逐渐增多,前者的软化效果与后者的析出强化共同作用,使强度和塑性变化复杂化。试验钢存在最佳的一个入水温度区间,获得先共析铁素体+贝氏体的双相组织,两者呈层状交叠分布,在软化和强化效果的综合作用下得到了抗大变形管线钢X70级所要求的强度塑性最佳匹配。

工艺制度对X70抗大变形管线钢组织性能的影响

利用扫描电镜、透射电镜与背散射电子衍射技术,研究了工艺制度对X70抗大变形管线钢组织、性能的影响。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,当开始冷却温度在700℃左右时,铁素体组织均匀地分布于基体中,铁素体晶界处位错纠结形成较明显的胞状结构,细化了铁素体晶粒,钢板具有最佳的综合力学性能,屈服强度为560MPa,抗拉强度为710MPa,伸长率为23.5%,n值为0.10,屈强比为0.78,均匀伸长率达到18.1%。EBSD研究表明,铁素体和贝氏体两相以取向大于15°的大角度晶界相结合,贝氏体中出现的大量亚结构以小角度晶界相结合,这些小角度晶界的存在可以大大提高材料的形变能力。

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%。

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%。

基于ABAQUS和MATLAB的断层抗大变形管道长度计算

通过对比抗大变形管材与普通管材力学性能和经济成本,阐述了确定活动断层处抗大变形钢管道长度的必要性。在忽略活动断层面宽度条件下,研究采用有限元软件ABAQUS对该处普通钢管道进行抗震受力计算,得到管道沿线应变。利用MATLAB软件对大于容许应变值的管道单元进行统计处理,得到大于普通钢管容许应变值的管道长度,加上活动断层面宽度之和即为需要使用抗大变形管道的长度。此方法可得到抗大变形钢管道长度及沿管道长度方向应变分布状况,为活动断层作用下管材选择提供依据。

预热温度和冷却速度对X80抗大变形管线钢焊接粗晶区性能的影响

采用插销试验和热模拟技术研究了不同预热温度和冷却速度对X80抗大变形管线钢焊接粗晶区的冷裂纹敏感性及组织性能的影响。试验结果表明．随着预热温度的升高，X80抗大变形管线钢焊接粗晶区的临界断裂应力提高，抗冷裂纹敏感性能力增强；当预热温度达到1500C时，粗晶区的冷裂纹敏感性变得很小，断口形貌为韧窝状；随着冷却速度的增加，X80抗大变形管线钢焊接粗晶区的显微硬度升高．而断裂韧性由高到低，再由低到高，当冷却速度达到2-25℃／s时，粗晶区具有优良的断裂韧性：当进一步增大冷却速度时，由于板条马氏体的形成，粗晶区断裂韧性迅速降低。

X80抗大变形管线钢热处理工艺技术研究

采用拉伸试验及SEM等试验方法，研究了不同临界区淬火温度、保温时间对X80抗大变形管线钢拉伸性能的影响规律，分析了每种工艺下的微观组织，制定了适合于X80抗大变形管线钢的临界区热处理工艺。研究结果表明：经780—800℃保温30～40min、820℃保温20min、840℃保温10min的试样。铁素体加马氏体双相组织中马氏体体积分数在10％～13％范围内，拉伸曲线呈连续屈服，强度满足X80抗大变形管线钢标准要求，同时具有优异的变形性能。

国产抗大变形管线钢的显微组织

采用光学显微镜和透射电子显微镜观察分析了抗大变形管线钢的显微组织。结果表明:抗大变形管线钢显微组织为软相和硬相的双相组织,软相主要包括多边形铁素体和准多边形铁素体,硬相主要包括粒状贝氏体、贝氏体铁素体以及马氏体;组织沿壁厚方向上分布均匀,其中多边形铁素体晶粒的发育完整,晶粒之间多为大角度晶界,贝氏体和马氏体呈长条状夹在多边形铁素体中间,板条之间的位相差一般大于15°。

鞍钢X80级抗大变形管线钢填补国内空白

日前，由鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司生产的26．4mm厚X80级抗大变形管线钢板已为国家西气东输三线石油天然气管道工程供货千余吨。这标志着鞍钢成功突破国外技术垄断，打破此类产品长期依靠进口的局面，引领了国内高性能管线钢发展，为国家能源管道建设提供了重要保障。

V-N微合金化X80抗大变形管线钢的组织与力学性能

通过热模拟试验机研究了V-N微合金钢过冷奥氏体动态连续冷却相变行为,设计了V-N微合金化X80抗大变形管线钢的轧制与冷却工艺参数并分析了组织和力学性能的关系.结果表明,动态CCT曲线出现高温转变区和中温转变区分离的现象,转变温度范围分别是637~728℃和441~601℃,当冷速为10~20℃/s时,形成针状铁素体为主的组织.V-N微合金化管线钢组织以多边形铁素体和针状铁素体为主,屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和-20℃夏比冲击功分别为603 MPa,724 MPa,11. 1%和214 J,满足API Spec 5L对X80管线钢的力学性能要求,同时具有好的强塑性匹配.