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。

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"。

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.

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。

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。

船用低温钢的冲击断裂行为及韧脆转变温度曲线分析

为比较拟合韧脆转变温度曲线各方法的优劣,确定船用低温钢韧脆转变温度,研究其冲击断裂行为,在20℃至–196℃系列温度下对试验钢进行Charpy冲击试验,并对其金相组织和断口进行分析。结果表明:使用Boltzmann函数拟合韧脆转变温度曲线的物理意义明确;船用低温钢韧脆转变温度为(–97±5)℃;试验温度高于韧脆转变温度时,裂纹形核功及延性裂纹扩展阻力变化不明显,但裂纹脆性扩展的阻力和裂纹失稳后的止裂能力随温度下降有较明显的降低;试验温度低于韧脆转变温度后,裂纹形核功及延性裂纹扩展阻力随温度降低迅速减小;试验钢的有效晶粒为(3.1±0.4)μm,细小的有效晶粒尺寸,是保证其低温韧性良好,韧脆转变温度低的主要原因。

X70管线钢低温韧性研究

采用冲击试验研究了X70高等级管线钢的低温性能，分析其低温韧性与组织特征的关系。试验结果表明，管线钢具有良好的低温韧性，按照能量法确定韧脆转变温度为--79。c。由于X70管线钢具有细小的有效晶粒尺寸，裂纹在扩展过程中频繁改变断裂路径，提高了抵抗解理断裂能力，使其具有良好的低温韧性。

轧制工艺对550 MPa级桥梁钢组织和晶界特征的影响

研究了桥梁用550 MPa级高强韧贝氏体钢在不同冷却速率和变形量条件下显微组织的演变。结果表明:轧制变形量由0增加到50%,显微组织由板条贝氏体转变为粒状贝氏体+针状铁素体。EBSD取向差研究表明,晶粒内相邻的贝氏体板条界、亚晶粒和基体晶粒间是小角度晶界;贝氏体板条束、多边形铁素体和针状铁素体边界是大角度晶界。在变形和无变形试样中,随着冷却速率的增加,大角度晶界的比例增加,“有效晶粒尺寸”减小。当冷却速率低于10℃/s时,变形越大,产生的大角度晶界越多。高强韧贝氏体钢获得良好强韧性匹配的冷却速率为15~25℃/s,变形量为40%以上。

APIX70和X80管线钢的组织与冲击性能之间的关系

本文主要研究的是高强度APlX70和X80管线钢的组织与冲击性能之间的关系。实验根据不同的化学成分及热轧工艺制造了三种实验钢，并进行了组织和冲击性能之间的研究。另外，利用电子背散色衍射（EBSD）技术对有效晶粒尺寸进行了分析。冲击实验结果说明，在单相区轧制的钢比在双相区轧制的钢具有较高的能量，这是因为，单相区轧制的钢组织都为针状铁素体。在X80钢的单相区进行轧制，降低了能量转变温度是因为降低了有效晶粒尺寸，针状铁素体具有较小的有效晶粒尺寸。然而，X80具有极好的机械性能，其中包括屈服强度和抗拉强度，吸收功，转变温度，特别是韧性。

回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、能谱仪和X射线衍射等研究了回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响。结果表明:BS960E钢淬火后组织为板条状马氏体,其原始奥氏体平均晶粒尺寸为5.69μm,位错密度为4.02281×10^(15)cm^(-2)。随着回火时间的延长,马氏体板条结构逐渐分解;回火2 min时仍存在部分板条组织,有效晶粒尺寸(马氏体板条块)为2.47μm,位错密度急剧下降至9.48079×10^(14)cm^(-2);回火15和30 min时马氏体板条开始粗化,小角度晶界密度占比降低,此时有效晶粒尺寸分别为2.57和2.59μm,位错密度分别为7.80957×10^(14)和6.75406×10^(14)cm^(-2);回火60 min时,马氏体板条块合并明显,大角度晶界密度及占比下降,有效晶粒尺寸粗化达到2.99μm,位错密度降低至5.19655×10^(14)cm^(-2)。碳化物的析出位置可分为原始奥氏体晶界析出、马氏体板条块界析出和晶内析出3类。随着回火时间的延长,BS960E钢的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,伸长率增加。回火时间达到60 min时由于析出的碳化物粗大导致伸长率降低。综合考虑BS960E钢经过快速加热淬火后,回火时间在2 min时综合力学性能最佳。

X80级高强低合金管线钢组织与冲击韧性

为了研究准多边形铁素体/板条贝氏体/粒状贝氏体显微组织的高强低合金X80管线钢的低温韧性与冲击裂纹扩展特点,用OM、SEM、EBSD和TEM等多尺度手段进行了表征。结果表明,与针状铁素体/粒状贝氏体相比,在-60℃以上时,准多边形铁素体/板条贝氏体/粒状贝氏体表现出更好的阻止裂纹扩展的能力,准多边形铁素体可以分割显微组织并细化有效晶粒尺寸,增加大角度晶界比例,协调约束冲击裂纹扩展,进而提高韧性;当温度在-60℃以下时,这种准多边形铁素体/板条贝氏体/粒状贝氏体对裂纹扩展的协调约束作用减弱,成为显微组织的"软区",使得材料韧性下降。

控冷工艺下组织及M/A岛对管线钢韧性的影响

为了研究微观组织、M/A岛体积分数和长宽比对管线钢低温韧性的影响,用OM、SEM、EBSD和TEM等多尺度手段对材料进行了表征。结果表明,不同冷却速度工艺下均得到针状铁素体(AF)+准多边形铁素体(QF)+M/A岛+粒状贝氏体(GB)的组织结构。但随着冷却速度的增加,组织得到显著细化,有效晶粒尺寸由3.21降低到2.88μm。M/A岛体积分数从11.2%降低到5.8%,M/A岛长宽比也从3.5降低到1.2。在温度不低于-40℃时,随着有效晶粒尺寸减小和M/A岛尺寸、长宽比的减小,管线钢的低温韧性大幅提高。但在温度降低到-80^-60℃时,以马氏体为主的类圆形M/A岛易脆化断裂,造成材料在M/A岛体积分数最低和长宽比最低时冲击韧性出现最低值,管线钢的低温韧性与大角度晶界所占的百分比没有直接关系。针对试验用高强管线钢,在冷却速度为20℃/s、M/A岛体积分数为9.8%左右、长宽比为2.5时,材料具有韧性优异的综合性能。

厚壁X70管线钢的组织和性能

借助TEM、SEM、EBSD等显微组织分析手段及力学性能测试,研究了深海用超厚规格X70管线钢板的显微组织与力学性能的关系。实验结果表明:为满足深海用厚壁X70管线钢对纵向变形能力及DWTT(落锤撕裂实验)断裂韧性的严格要求,组织设计可采用针状铁素体+多边形铁素体的双相组织方法。针状铁素体为硬相、多边形铁素体为软相的双相组织中,屈强比随多边形铁素体数量的增加而降低,增大铁素体晶粒尺寸也能降低材料屈强比;在针状铁素体为基体的显微组织中,引入适量的细化多边形铁素体还可降低其有效晶粒尺寸,提高材料DWTT性能,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,平均有效晶粒尺寸增加,DWTT性能反而降低。

EBSD技术在厚规格管线钢DWTT研究中的应用

利用电子背散射衍射（EBSD）技术和金相分析软件,结合DWTT性能测试,对3种厚规格X70管线钢板的微观组织、取向成像特点、有效晶粒尺寸和DWTT性能进行了分析。结果表明,3种管线钢的取向差分布均在2°~15°和47°~60°两区间,呈现＂双峰＂分布特点。铁素体基体与母相奥氏体间存在一定的取向关系是管线钢中晶界取向差＂双峰＂分布的主要原因。在针状铁素体或贝氏体为基体的显微组织中,引入适量细化的多边形铁素体可以降低其平均有效晶粒尺寸,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,反而会使有效晶粒尺寸增大。有效晶粒细化是提高试验钢DWTT断裂韧性的主要原因。

TiC纳米析出相对低碳马氏体钢的韧化机理

采用SEM、EBSD、TEM、SAXS、XRD及相分析等方法,对经过相同轧制及热处理工艺的含Ti与无Ti低碳马氏体钢组织及冲击韧性进行分析对比。结果表明:含Ti钢经900℃油淬后,析出大量5～36 nm尺寸范围内的TiC。析出相有效钉扎晶界,马氏体组织得到显著细化,有效晶粒尺寸达到4.6μm;同时TiC的大量析出还使得含Ti钢位错密度下降,弹性模量明显提高。经900℃油淬后,含Ti钢冲击韧性明显改善,冲击吸收功由无Ti钢的53 J大幅提高至265 J。