基于材料组织量化的DWTT性能优化探究

以一种新型管线钢试制过程中DWTT性能改进为例,基于PIDAS提供的工艺—性能数据,通过机器学习与图像识别方法对材料组织进行信息量化分析。结合不同工艺量化信息对比改进工艺参数,通过有限次数试制获得的工艺—组织—性能数据,结合专家经验找出三者之间关联性,进行工艺分析优化设计,快速确定达成良好DWTT性能的工艺设计。

低温管线钢DWTT性能影响因素研究

DWTT性能是超低温服役管线钢管产品开发的关键技术难点之一。在实验室冶炼、轧制条件下,设计了5种不同成分的管线钢,分析研究了化学成分、卷取温度、冷却速度等因素对管线钢热轧板卷低温DWTT性能的影响。结果表明,w(C)=0.042%试验钢的DWTT性能显著优于w(C)=0.065%试验钢;添加Ni元素可有效提高试验钢的DWTT性能,并且添加Mo+Ni对珠光体的抑制作用优于添加Cr+Ni元素,可获得更好的DWTT性能;卷取温度从530℃降低至450℃,可有效细化显微组织,提高DWTT性能,效果比添加Ni元素明显;冷却速度从18℃/s提高到28℃/s,亦可有效提高DWTT性能。基于研究结果,成功试制了Φ508 mm×11.13 mm规格的X56钢级低温服役HFW管线钢管,并表现出了优异、稳定的-45℃DWTT性能。

微观组织对管线钢落锤性能的影响研究

为了提高输送管道安全性,保证管体开裂后材料具有一定的止裂能力,采用大能量摆锤冲击试验机研究了壁厚对X80管线钢DWTT剪切面积和能量密度的影响,并利用金相显微镜和透射电镜分析了带状组织、位错、组织均匀性等对DWTT性能的影响。结果显示,随着钢板厚度的增加,管线钢的韧脆转变温度升高,韧脆转变区的能量密度降低;高硬度粗大的M/A组织带会严重恶化DWTT性能;而细小均匀的贝氏体组织使管线钢具有较高的DWTT性能。研究表明,优化连铸工艺减轻中心偏析,优化控轧控冷工艺以及消除钢板心部带状组织,提高钢板壁厚方向组织均匀性对改善厚壁管线钢低温落锤性能有显著作用。

低压缩比X70管线钢的试制

安阳钢铁股份有限公司通过适当增加Nb、Mo、Ni、Cu等合金元素的含量,采用TMCP工艺,在炉卷轧机上用厚150mm的板坯成功生产出了厚25mm的X70管线钢产品,虽然压缩比只有6,但产品力学性能和落锤断口形貌均满足标准要求。

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。