高钢级管线钢中有效晶粒尺寸及与CVN关系研究

利用EBSD对系列高钢级管线钢(如X65,X70,X80)影响其韧性的晶体学参数进行了研究,发现高钢级管线钢中对材料韧性起到积极作用的是晶界取向差大于15°的晶粒,而且研究大于35°取向差的晶粒对管线钢的参数研究是没有意义的;有效晶粒尺寸、晶界取向差频度分布、大角度晶界对小角度晶界比率是高钢级管线钢研究的重要参数;晶粒尺寸越细、有效晶粒越小、高角度(大于50°)晶粒频度越高,高钢级管线钢的韧性越好。

高钢级管线钢的有效晶粒尺寸

用电子背散射衍射对系列高钢级管线钢的晶体学参数进行了研究。结果表明:高钢级管线钢中对材料韧性起到积极作用的是晶界取向差大于15°的晶粒;有效晶粒尺寸、晶界取向差频度分布、大角度晶界对小角度晶界比率是高钢级管线钢的重要参数;晶粒尺寸越细、有效晶粒越小、高角度(>50°)晶粒频度越高,管线钢的韧性越好。

X80级管线钢冲击韧性及其有效晶粒研究

对某厂X80高钢级管线钢母材、焊缝、热影响区进行了夏比冲击韧性试验,对其有效晶粒进行了研究。试验发现热影响区的夏比冲击功值较低,认为应当把HAZ的CVN值作为冲击载荷条件下焊接接头的一个评判特征值。有效晶粒和冲击韧性值相互关联。

高钢级管线钢晶粒度和有效晶粒度的变化规律

除了组织形态控制之外,晶粒细化是提高管线钢强韧性的关键环节.随着管线钢向着高钢级发展,其晶粒度级别增加,尤其是X100管线钢的晶粒细化现象更为突出.此外,系列管线钢的有效晶粒是不同的,各管线钢的有效晶粒尺寸并没有按照钢级的高低进行有序分布,有效晶粒尺寸和力学性能的差异密切相关.

Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响

通过透射电镜和电子背散射衍射技术,研究了Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响。研究结果表明,熔敷金属的组织主要由板条状贝氏体和板条马氏体组成,随Cu含量由0.052%增加到0.53%,板条结构变得细小致密;当Cu含量为0.052%时,有效晶粒的平均尺寸为2.39μm,当Cu含量增加到0.24%时,有效晶粒的平均尺寸减小到2.18μm,当Cu含量继续增加到0.53%时,有效晶粒的平均尺寸最终减小到1.99μm,随Cu含量的增加,有效晶粒得到细化。

低合金钢板条组织中影响低温韧性的“有效晶粒尺寸”

采用OM,SEM,TEM及EBSD等方法,对低合金钢板条组织的精细组织结构进行了研究,并测试了不同热处理条件下试验钢的低温韧性。研究过程中,从晶体学、亚单元对性能的定量影响规律、解理裂纹扩展路径的实际观察等3个方面分别研究控制低温韧性的"有效晶粒尺寸"。几个不同方面的研究结果均表明,板条块(block)是决定低合金钢板条组织低温韧性的最小亚单元,即板条块尺寸是影响低温韧性的"有效晶粒尺寸"。

AerMet100钢有效晶粒细化与逆转变奥氏体稳定性的提高

对二次硬化超高强度AerMet 100钢,通过引入预时效并优化双时效(即预时效+正常时效)工艺,膜状逆转变奥氏体(AR)中合金元素Ni、Co含量的起伏有利于提高其稳定性并降低Ms温度。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)与扫描电子显微镜(SEM)分析表明:膜状AR在原奥氏体晶粒及马氏体铁素体(MF)板条边界形成,其间同时存在的K-S和N-W位向关系使有效晶粒由原奥氏体晶粒减小为MF板条(其厚度约80 nm);试样断面大而深的韧窝及高的撕裂棱反映出裂纹尖端钝化和分岔会吸收大量能量,在抗拉强度(σb)>2000 MPa条件下断裂韧度(KIC=127 MPa.m1/2)提高20%。

X80管线钢组织和有效晶粒对慢拉伸行为的影响

对系列X80管线钢研究表明,该材料组织特征为含有粒状贝氏体的针状铁素体;粒状贝氏体越细小弥散,其强韧性匹配越好。粒状贝氏体中,M-A岛的作用为阻碍裂纹的扩展;晶粒边界和M-A岛边界易萌生裂纹源。管线钢的有效晶粒决定了材料的塑韧性。具体表现为,当有效晶粒减小时,材料韧脆转变温度降低,断面收缩率提高。随着慢拉伸速率的提高,材料的断裂方式将发生改变。当拉伸速率为0.1 mm/s时,管线钢的延性最佳,而对强度的影响不大。这说明在管线钢富气服役状态下,富气压力有一个最佳值。拉伸速率升高后,断裂逐渐向脆性方式转变。

X100管线钢的组织性能

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了X100管线钢的力学性能、显微组织、晶粒取向及析出物.实验结果表明,采用控轧控冷两阶段轧制工艺轧制出实验钢平均屈服强度达到724 MPa,屈强比0.87,夏比冲击功在-60℃仍有255 J,韧脆转变温度在-60℃以下.平均有效晶粒尺寸为2.43μm,大角度晶界占78.8%,尺寸在10 nm左右的析出物与位错相互缠结起到了良好的析出强化作用.

高钢级管线钢的特征参量及其与强韧性的关系

利用力学实验及EBSD等微观分析手段,研究表征高钢级管线钢的特征参数,并探讨其对强韧性的影响。结果表明:在X70,X80高钢级管线钢中,C,Cu,Mn对材料的强韧性有重要的影响;其组织特征为针状铁素体、粒状贝氏体和少量下贝氏体组成;有效晶粒尺寸、组织均匀性、贝氏体含量是表征高钢级管线钢组织特征的重要参数;随着有效晶粒尺寸的降低、贝氏体含量的增加及组织的均匀性的提高,高钢级管线钢表现出更加优异的强韧性匹配特征。

热轧工艺对X80管线钢组织及低温韧性的影响

利用D450试验轧机,对X80管线钢开展控轧控冷实验。采用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜以及电子背散射衍射技术分析不同TMCP工艺条件下的管线钢组织结构,研究形变热处理工艺对管线钢组织及低温韧性的影响。研究结果表明:在较高压下率及较大冷速条件下,管线钢组织以细小的针状铁素体作为主要组元,奥氏体/马氏体(M/A)组元数量较少,粒径较小;相反,在低压下率及较小冷速情况下,管线钢组织主要是由粒径较大的准多边形铁素体构成,M/A组元数量多,粒径大;与准多边形铁素体为主的组织相比,以针状铁素体作为主要组元的管线钢由于具有细小的有效晶粒粒径、高的大角度晶界比例以及细小的M/A组元,表现出良好的低温韧性。

高钢级管线钢的组织特征和强韧性

背散射(EBSD)和扫描(SEM)电子显微镜及力学性能试验表明,微合金化X70、X80和X100管线钢的组织由针状铁素体、粒状贝氏体和少量下贝氏体组成;随钢的有效晶粒尺寸降低、贝氏体含量增加以及组织均匀性提高,高钢级管线钢的强韧性明显增加。

典型国产管线钢的组织和力学性能

选取国内钢厂生产的X60、X70、X80和X100管线钢,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了上述管线钢的显微组织,采用拉伸、冲击、落锤试验方法检测和统计了其力学性能。结果表明:X60管线钢为多边形铁素体和珠光体的混合组织,X70、X80、X100为粒状贝氏体和多边形铁素体为主的混合组织,部分还含有少量珠光体;X70、X80和X100管线钢的综合力学性能明显优于X60管线钢,X70、X80和X100管线钢的强度依次增加而各级管线钢在-20℃冲击韧性的分布范围并未发生大幅变化;粒状贝氏体比珠光体-铁素体具有更优越的强韧化机制是促使X70、X80和X100管线钢获得更佳综合力学性能的重要原因。

微观组织对一种高强度船板用钢低温冲击韧性的影响

采用室温拉伸、示波冲击、光学和扫描电镜组织分析、EBSD及断口分析等方法,研究了微观组织对一种高强度船板用钢低温冲击韧性的影响。结果表明,在相同合金成分条件下,由于压下率和冷却速率的差别,板厚1/2和1/4处的有效晶粒尺寸、大角度晶界比例及M/A岛的形态分布不同。有效晶粒尺寸、大角度晶界比例及第二相M/A岛的形态是影响低温冲击韧性的主要因素,其对低温冲击的裂纹形成功影响并不明显,但较大的有效晶粒尺寸、较低的大角度晶界比例及呈方向性分布的M/A岛却显著降低了裂纹扩展功,导致板厚1/2处的低温冲击韧性低于板厚1/4处。

高钢级管线钢二次加热后韧性指标变化规律及其与组织关系探讨

弯管是长输管线建设必不可少的焊接结构件之一,在管线服役过程中,由于弯管结构独特,受力要较干线管复杂得多,是管道系统中的一个薄弱环节。在西气东输一线工程中,对弯管的韧性指标有明确规定,即要求夏比韧性指标为:120J,85%。由于该韧性指标自洽性较差,所以本文对高钢级管线钢二次加热后的韧性指标变化规律进行了研究,并和母材对比,并对其与组织的变化关系进行了探讨;EBSD研究同时证明,有效晶粒是反映CVN变化的合理参量。该研究结果对西气东输二线工程有重要的现实意义和重大的经济价值。

高钢级低温管线钢的韧化机制及控制技术

针对高钢级管线钢在低温服役环境条件下韧性断裂止裂控制难题,分析了高钢级管线钢的低温断裂机理,明确了影响DWTT性能的两个重要因素。通过热模拟实验,讨论了提高DWTT性能的控制技术。采用粗轧再结晶区低温段大变形,增加粗轧阶段总累积变形量,及将精轧温度降低到临近Ar3的温度范围内,并施加足够的累积变形量,可获得一定数量的超细晶多边形铁素体,将板材心部的平均有效晶粒尺寸细化到2.5μm,使-60℃下DWTT断口剪切面积达到100%,为大口径高钢级管线钢的研发生产提供理论依据和技术参考。

X100和X80管线钢组织与冲击性能分析

通过对X100和X80管线钢横截面试样进行OM,SEM,TEM和EBSD观察,研究了X100和X80管线钢的显微组织和冲击韧性,并采用EBSD技术获得材料的有效晶粒尺寸和晶界取向角,得出有效晶粒尺寸和大角度晶界比例是影响管线钢冲击韧性的重要因素。对冲击断口中出现的分层裂纹进行了研究,得出BF带、M/A带和原奥氏体晶界破裂促使管线钢产生分层裂纹。

控轧控冷工艺对X80管线钢组织和性能的影响

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不同工艺轧制的X80管线钢的显微组织和位错形态进行了观察和分析。利用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了X80管线钢的有效晶粒尺寸。比较和分析了4种控轧控冷工艺对钢板的组织和力学性能的影响。研究得出,采用奥氏体再结晶区控温轧制+未再结晶区近两相区轧制+轧后直接水冷工艺,得到的钢板的有效晶粒尺寸最小、力学性能最佳,其组织以粒状贝氏体为主,并伴有板条贝氏体铁素体、针状铁素体、准多边形铁素体以及少量M/A多相共存的复合组织,使试验钢获得了良好的强韧性匹配。

390MPa级低合金高强钢的低温韧性

采用系列冲击试验研究了控轧控冷技术生产的390MPa级低合金高强钢的低温韧性,并分析了其低温韧性与组织特征的关系。结果表明:该钢具有良好的低温韧性,在-40℃时的冲击功为127J,远大于相关标准的技术要求,按照能量法确定的韧脆转变温度为-56℃;由于该钢晶粒十分细小,裂纹在扩展过程中频繁改变断裂路径,提高了其抵抗解理断裂的能力,从而使其具有良好的低温韧性。

开冷温度对厚壁管线钢组织和低温力学性能的影响

采用3种不同开冷温度(720,740和760℃)制备厚度为31.75 mm的管线钢,结合微观组织观察和低温力学性能测试,研究3种开冷温度对管线钢微观组织和低温断裂行为的影响。研究结果表明:当开冷温度为760℃时,转变产物为准多边形铁素体(QF)+多边形铁素体(PF)+粒状贝氏体(GB)+细粒状马氏体-奥氏体(M/A),有效晶粒粒径为4.6μm;当开冷温度为740℃时,转变产物为多边形铁素体+粒状贝氏体+贝氏体铁素体(BF)+块状M/A,有效晶粒粒径为3.9μm;当开冷温度为720℃时,转变产物为多边形铁素体+贝氏体铁素体+长条状M/A,有效晶粒粒径为4.1μm;随着开冷温度降低,实验钢中马氏体变体的体积分数增大,C和Mn等合金元素在M/A组元处偏聚程度增大;当力学性能测试温度在-60~-10℃范围内时,开冷温度为740℃的实验钢能够兼顾较好的低温强度和韧性,屈服强度不低于526 MPa,抗拉强度不低于700 MPa,断后伸长率高于24.6%,低温冲击吸收功高于273 J。