高强韧钻杆用低碳高铌钢的动态CCT曲线测定与分析

利用MMS-200热力模拟实验机对高强韧钻杆用低碳高铌钢进行模拟轧制压缩试验,测定绘制低碳高铌钢动态连续冷却转变(CCT)曲线,并研究了冷却速率对显微组织的影响。结果表明,冷速为0.5℃/s时,组织主要由多边形铁素体(PF)和少量珠光体(P)组成,同时观察到极少量的针状铁素体(AF);冷速为1℃/s时,组织以针状铁素体(AF)为主,珠光体消失,但仍可见一定比例的多边形铁素体(PF);冷速升高到2℃/s时,转变组织完全为粒状贝氏体(GB);冷速升高到5℃/s时,转变组织以粒状贝氏体(GB)为主,同时出现少量的铁素体贝氏体(FB);冷速升高到30℃/s时,转变组织以铁素体贝氏体(FB)为主,同时出现少量的马氏体(M)。

未再结晶区控轧控冷工艺对低碳高铌钢组织的影响

利用热模拟试验机研究了低碳高铌钢在不同控轧控冷参数下组织的变化规律。结果表明:随着变形温度的降低和变形量的增加,准多边形铁素体的含量增加,粒状贝氏体的含量减少,贝氏体的形貌逐渐由板条状变为粒状;当冷速低于5℃.s-1时,形成由铁素体和珠光体组成的组织,当冷速高于5℃.s-1时,组织中的贝氏体含量随之增加,晶粒明显更加细小均匀;试样的显微硬度随着冷速的增加而逐渐增大。

低碳高铌钢动态再结晶及组织演变

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了低碳高铌钢在不同变形参数下的动态再结晶行为及奥氏体再结晶晶粒尺寸的变化规律。结果表明:低碳高铌钢在较高温度下变形,越易发生动态再结晶行为,再结晶晶粒尺寸也随之增加至32μm;较低应变速率可显著促进试验钢发生完全再结晶,再结晶晶粒的数量与尺寸随之明显增加。

稀土La对高铌钢应变诱导析出行为的影响

在未加镧和添加镧两种成分高铌钢的基础上,应用Gleeble-1500D热模拟试验机进行压缩试验,得到了试验钢在900℃等温弛豫时的应力松弛曲线。运用Thermo Icap6300电感耦合等离子体原子发射光谱仪、ZEISS Supra55型场发射扫描电子显微镜和Tecnai F30场发射透射电子显微镜,研究了试验钢弛豫淬火后铌的固溶量、含铌相析出行为的变化规律。结果表明,La抑制了含铌相在900℃(奥氏体区)的析出动力学过程,延长了含铌相在900℃(奥氏体区)的应变诱导析出开始时间(约14 s)及结束时间(约36 s)。当加热温度为1250℃时,La使加热过程中铌的固溶量百分比提高30.6%。等温弛豫后,La使等温弛豫过程中铌的析出量百分比增加了29.6%,析出物颗粒尺寸有所粗化。

加热温度对含稀土低碳高铌钢相变的影响

利用Gleebe-1500D热模拟机研究了含稀土低碳高铌钢加热温度为950、1200、1250℃条件下对相变行为的影响,比较了在不同加热温度下钢的相变温度、显微组织与硬度的区别。结果表明:在不同加热温度下,含稀土低碳高铌钢在相变温度、连续冷却组织、硬度上均有较大差异。在加热温度为1250℃时,由于钢中铌能充分固溶,使得钢的连续冷却相变开始温度显著降低,易形成贝氏体,硬度也显著提高,因此确定1250℃为今后研究含稀土低碳高铌钢连续冷却相变合理的加热温度。

含稀土高铌钢的等温弛豫行为

使用Gleeble-1500D型热模拟试验机对含稀土高铌钢进行了900℃等温弛豫试验,采用激光共焦显微镜、扫描电子显微镜和维氏硬度计等研究了试验钢弛豫淬火后的显微组织、含铌第二相的析出行为和硬度。结果表明:试验钢等温弛豫时的应力松弛过程分为三个阶段,分别为析出相的形核、长大和粗化阶段,第二相析出开始和结束时间分别为10s和433s;随着等温弛豫时间的延长,贝氏体板条束的尺寸逐渐减小,板条组织得到了明显的细化,析出相为均匀分布的球状颗粒物;试验钢硬度随弛豫时间的延长先升高后降低。

稀土对低碳高铌钢粗轧过程再结晶的影响

为了研究微合金高强钢再结晶行为,使用Gleeble-1500D热模拟试验机模拟低碳高铌钢3道次粗轧过程,测定了真应力-真应变曲线,并用应力补偿法计算软化率;采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)测定了不同稀土含量下Nb的固溶量;采用激光共聚焦显微镜观察了低碳高铌钢的奥氏体原始组织,分析了稀土对低碳高铌钢再结晶的影响.结果表明:加入11×10^(-6)稀土镧就能使1,3道次再结晶软化率降低约50%,并且能提高低碳高铌钢原始奥氏体晶粒的均匀性,使钢中Nb固溶百分比提高了16%.

稀土对低碳高铌钢相变行为及组织的影响

利用L78 RITA热膨胀相变仪研究了不同冷速下稀土对低碳高铌钢相变行为的影响,并结合金相法绘制了加稀土和未加稀土两种成分试验钢的连续冷却相变曲线,分析了稀土对连续冷却组织的影响规律。试验结果表明,稀土加入低碳高铌钢后使连续冷却相变曲线向右移动,在相同冷速下显著降低了奥氏体向铁素体转变的开始温度,并且随着冷速的增加使降低程度增大。冷速从0.1℃/s增加到15℃/s时,加稀土的低碳高铌相变开始温度点下降了90℃,而未加稀土的下降了52℃;另一方面,稀土对低碳高铌钢在0.1℃/s到1℃/s冷速下的组织有较大影响,促进了针状铁素体的转变,并能在冷速增至5℃/s后使其更易获得板条状贝氏体组织。

稀土对低碳高铌钢奥氏体晶粒尺寸及Nb、Ti固溶的影响

研究了稀土对低碳高铌钢奥氏体化行为的影响,采用激光共焦显微镜观察了低碳高铌钢的奥氏体原始组织,采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)测定了不同加热温度下Nb、Ti的固溶量,通过扫描电子显微镜观察未固溶颗粒的大小及分布情况。结果表明,稀土能提高低碳高铌钢原始奥氏体晶粒的均匀性,细化该钢的原始奥氏体晶粒,降低钢中Nb、Ti的固溶温度。加入稀土后,在1250℃加热时奥氏体平均晶粒尺寸由未添加稀土时的36.18μm减小到23.16μm。加热温度为1250℃时,稀土使Nb、Ti的固溶百分含量分别提高了54.1%和44.9%;加热温度为1280℃时,稀土使Nb、Ti的固溶百分含量分别提高了25.6%和13.7%。

薄板坯连铸连轧工艺对铌微合金化高强度钢组织和性能的影响

首先建立薄板坯连铸连轧工艺的试验室模拟技术 ,并运用该模拟技术 ,研究薄板坯连铸连轧工艺(CSP)和传统板坯再加热工艺 (TRP)两种工艺对铌微合金化高强度钢的显微组织和力学性能的影响。研究结果表明 :CSP钢的晶粒细化效果不如 TRP钢 ,两者的平均铁素体晶粒尺寸分别为 8.17μm和 6 .30 μm。在CSP试验钢板中铌的析出量较大 ,特别是在铁素体中细小颗粒的铌的析出物较多 ,沉淀强化效果较强。 CSP试验钢的 σ0 .5和 σb 分别较 TRP工艺低约 4 0 MPa和约 2 5 MPa,同时其低温冲击韧性较好 。

高铌低碳贝氏体钢奥氏体晶粒的长大行为

采用金相法测定了在不同温度(950~1 270℃)下固溶不同时间(30~150min)后高铌低碳贝氏体钢的奥氏体晶粒尺寸,研究了其奥氏体晶粒的长大行为;计算了试验钢中铌的固溶含量,建立了奥氏体晶粒长大数学模型并进行了试验验证。结果表明:在1 220~1 270℃温度区间内试验钢奥氏体晶粒尺寸增加值最大,其次为1 100~1 150℃区间的;由于1 000℃时试验钢中合金渗碳体的快速溶解,使得950~1 000℃区间内的晶粒尺寸增加值大于1 000~1 050℃区间的;计算得到1 150℃时的固溶铌质量分数达到0.088%,此时绝大部分NbC已经溶解,导致1 100~1 150℃温度区间内奥氏体晶粒的快速长大;在950~1 270℃范围内,试验钢的奥氏体晶粒长大激活能为154.4kJ·mol^(-1),由晶粒长大模型计算得到的奥氏体晶粒尺寸与实测值较吻合。

热处理工艺对微铌高钼H13钢组织和硬度的影响

通过扫描电镜和硬度检测,研究了热处理工艺对微铌高钼H13钢组织和硬度的影响。结果表明,H13钢在860℃退火时,细小的球状碳化物均匀弥散在铁素体基体上,球化效果明显。H13钢退火前硬度值为40.4 HRC,860℃等温球化退火后,H13钢硬度值最大,为71.2 HRC,比退火前的硬度值增大76.2%。

热变形参数对0.05C-0.128Nb钢组织演变规律的影响

采用Thermecmastor-Z热模拟试验机,对0.05C-0.128Nb微合金钢及X65(0.045%Nb)钢进行了热变形模拟试验,研究了其微观组织演变规律,得出高铌钢变形温度与变形抗力之间的关系。结果表明,铌含量的增加显著提高了再结晶温度,延迟了奥氏体再结晶。在低于1000℃变形时,低碳高铌钢形成大量扁平的"薄饼"状奥氏体组织,显著抑制了奥氏体再结晶,促进了变形诱导铁素体相变的发生。变形温度与变形抗力的对数值之间呈线性关系。

X80钢级φ1219×18.4mm螺旋焊管的研制与应用

X80钢级φ1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管、X80管线钢焊接材料(焊丝、焊剂)等新产品,是为满足西气东输二线工程的急需而开发的。该产品应用了低碳、高铌钢的合金体系,实现了18.4mm热轧卷板的大批量工业化生产。研制成功的X80钢级φ1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管,各项技术指标均满足Q/SYGJX0102-2007《西气东输二线工程用螺旋埋弧焊管技术条件》要求。目前,该产品已应用于西气东输二线管道工程。

Cr对低碳高铌X80管线钢静态再结晶的影响

通过Gleeble-1500D热模拟试验机研究了不同Cr含量的低碳高铌X80管线钢在相同变形工艺条件下的软化行为,采用补偿法计算了试验钢的静态再结晶百分率,分析了变形温度和道次间隔时间对静态软化行为的影响。结果表明:变形温度在900～980℃,Cr含量达到一定水平时,可以通过溶质拖曳作用显著降低奥氏体再结晶的进行;Cr的加入还可以增加NbC的固溶度、减小其析出驱动力而延迟其析出时间。

X80管线钢管环焊缝二级安全评定研究

根据英国结构完整性评定方法BS 7910:2005标准,在给定裂纹尺寸、载荷条件下,针对国产高铌X80管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹、埋藏裂纹进行二级安全评定。根据母材、全焊缝拉伸试验和CTOD(裂纹尖端张开位移)试验结果,建立了高铌X80管线钢管环焊缝接头的二级评定曲线。结果显示,评定点均在评定曲线范围内,说明该结构是安全的。研究结果为国产高铌X80钢管的工程应用提供了依据。

厚壁高Nb螺旋埋弧焊管现场环焊焊接性评价

为了提升厚壁管线钢板卷的强度和韧性,将高Nb化学成分和热机械控制工艺有机结合。然而高Nb成分对管线钢现场焊接性存在一定影响,因此一些管线钢用户会限制Nb的含量。对工业化生产的高Nb厚壁(23.7mm)螺旋埋弧焊管的现场焊接性进行了评价,开发了窄坡口机械化熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊接工艺,环焊缝的特征证明了这一材料对陆上管道敷设典型现场焊接工艺具有适应性。本研究介绍并讨论此研究的细节和结果。

高铌高强管线钢焊接热影响区的组织与性能

采用Gleeble-3500热模拟试验机模拟研究了两种典型的焊接热输入条件下高铌高强管线钢焊接热影响区的组织和性能分布,结果表明:高铌高强管线钢焊接热影响区的硬度高于母材的硬度,没有明显的软化现象;但临界两相区及焊接粗晶区的韧性显著恶化。临界两相区韧性降低是原奥氏体晶界处形成尺寸较大的链状M/A岛所致;而焊接粗晶区则是由于原奥氏体晶粒粗化及混晶,以及冷却后形成粗大的贝氏体及贝氏体边界处尺寸较大的M/A岛所致。在高铌钢中,高的合金含量所引起碳当量的升高是导致韧性降低的主要原因。

Nb(C,N)溶解对高铌奥氏体晶粒长大行为的影响

为了定量研究铌对高铌钢加热过程奥氏体晶粒长大的影响,采用化学溶解过滤分离及电感耦合等离子光谱测定不同加热温度两种试验钢固溶铌质量分数,并对比研究了奥氏体晶粒长大行为。结果表明,在低温条件下,低铌钢固溶铌质量分数高于高铌钢;随加热温度升高,高铌钢固溶铌质量分数快速增加,但即使在1 300℃时,铌也不能完成固溶,少量铌存在于(Ti,Nb)(N,C)析出相中;奥氏体晶粒快速长大的温度与固溶铌质量分数快速增加的温度有关。随铌质量分数由0.082%增加到0.120%,奥氏体晶粒快速长大的临界温度由1 050升高到1 150℃。高铌钢在1 150～1 250℃加热温度范围内,奥氏体晶粒尺寸小于100μm。