X120M管线钢相变组织及性能研究

利用Gleeble 1500热模拟试验机,研究X120M管线钢奥氏体连续冷却转变规律,并在实验室对X120M管线钢进行控轧控冷处理。结果表明,当冷却速率在20~50℃/s之间时,试验钢组织主要为下贝氏体和马氏体。终冷温度为380℃时,试验钢屈服强度为900 MPa,抗拉强度为1015 MPa,延伸率为18%,-30℃冲击功为180 J,-20℃落锤剪切面积为100%,力学性能符合标准要求。

X100管线钢焊接热影响区不同区域的显微组织与冲击韧性

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在不同峰值温度下对X100管线钢进行单道焊热模拟试验,研究了X100管线钢热影响区粗晶区(峰值温度1 300℃)、细晶区(峰值温度950℃)、临界区(峰值温度850℃)和亚临界区(峰值温度650℃)的组织和冲击韧性。结果表明:粗晶区的奥氏体晶粒严重长大,晶界处存在块状马氏体-奥氏体(M-A)组元,与母材相比,其冲击吸收功下降了42.6%;细晶区的晶粒发生完全再结晶,晶粒尺寸均匀,晶粒中弥散分布着点状M-A组元,冲击吸收功损失不大;临界区的晶粒发生部分再结晶,晶粒大小不一,冲击吸收功下降了16.4%;亚临界区经历了一次短时高温回火,冲击韧性与母材相比变化不大。

外加电位条件下X100/X80管线钢的应力腐蚀行为研究

以X100、X80管线钢为研究对象,通过在外加电位条件下的慢应变拉伸速率试验(SSRT),获取管线钢材料在空气中和不同外加电位下的慢拉伸应力腐蚀的应力-应变曲线,分析其应力腐蚀敏感性可知:外加电位对X100和X80管线钢在3.5%NaCl中性溶液中的SCC敏感性和腐蚀开裂机理有显著影响。相同应力腐蚀条件下,X100管线钢的SCC敏感性相对于X80管线钢更低。结合断口微观形貌和极化曲线快、慢扫测试分析X100/X80耐腐蚀性能的特征和差异,可以得出X100和X80管线钢材料在不同外加电位条件下的应力腐蚀机理类型:当外加电位高于-395 mV时,金属处于活化溶解状态;当外加电位置于-395~-462 mV(X80钢)或-395~-504 mV(X100钢)时,机理为膜破裂-阳极溶解(AD)和氢致开裂(HIC)型;如果外加电位进一步降低,机理表现为氢致开裂型。

稀土Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响

以X100管线钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉熔炼不同稀土Ce含量的试验钢,通过扫描电子显微镜、蔡司金相显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪研究了Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce的加入使X100钢中MnS、Mn-Si-Al-O夹杂变性成Ce_(x)O_(y)、Mn-Si-Al-O-Ce夹杂,尺寸由4μm左右增大到10μm左右。Ce对X100试验钢显微组织具有明显的细化作用,在0~0.0049%范围内,试验钢组织随着Ce含量的提高逐渐细化。Ce的加入能够提高试验钢的腐蚀电位,降低其腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液浸泡28 d条件下,试验钢腐蚀电流密度由未添加Ce时的4.6347 mA/cm^(2)降低至Ce含量为0.0049%时的3.7784 mA/cm^(2),Ce含量为0.0049%时的试验钢表现出较好的耐腐蚀性能。另外,Ce的加入能够有效提高腐蚀产物中α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)的含量,增强对钢基体的保护作用,有利于提高试验钢的耐腐蚀性能。

Ce含量对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响

为了研究稀土元素Ce对X100管线钢显微组织和耐腐蚀性能的影响,利用蔡司显微镜、场发射电子显微镜及其配套的能谱仪和电化学工作站对不同Ce含量的4种试验钢0,1,2,3号(Ce质量分数分别为0,0.0017%,0.0028%,0.0049%)进行测试。结果表明:随着Ce含量的增多,试验钢表面的晶粒尺寸减小,Al2O3夹杂被改性为CeAlO_(3)夹杂和Ce_(2)O_(3)夹杂。浸泡7 d后,4种试验钢的腐蚀电位均比较接近;浸泡30 d后3号试验钢的腐蚀电位较之前提高了8.94%,2号和1号试验钢的腐蚀电位分别较之前提高了6.34%和6.06%;浸泡45 d后,1号试验钢的腐蚀电位较7 d时降低了10.38%,其他3种试验钢的腐蚀电位变化不大。0号试验钢的容抗弧半径随浸泡时间的延长而逐渐减小,3号试验钢的容抗弧半径增大得最为明显。测试结果均表明,Ce含量的增加会提高试验钢的耐腐蚀性能。

激光热处理对X100管线钢摩擦磨损性能的影响

激光热处理可以改善高强管线钢的表面耐磨性,以避免产生管壁减薄、表面凹坑等缺陷。采用不同激光功率对X100管线钢板进行了激光热处理试验,并对激光热处理后的试样进行了干式滑动摩擦磨损试验。分析了激光热处理后试样的显微组织,研究了激光热处理对X100管线钢摩擦磨损性能的影响。结果表明,激光功率为1000~1400 W时,激光热处理可导致X100管线钢表面形成细小的马氏体组织,硬化层硬度相对母材大幅提升;激光热处理后试样的干式滑动摩擦系数小于母材;随着激光功率增大,激光硬化层的深度和平均硬度逐渐增大,失重率减小,耐摩擦磨损性能提升。

X120管线钢激光电弧复合焊热模拟热影响区的组织转变

X120管线钢具有优异的综合力学性能。采用金相显微镜和透射电镜研究了X120管线钢连续冷却转变(CCT)组织,采用热模拟设备建立了常规热处理条件下的CCT曲线和激光电弧复合焊条件下的模拟热影响区连续冷却转变(SHCCT)曲线。试验结果表明,在激光电弧复合焊条件下,随着冷却速度的增加,热模拟粗晶区组织依次为粒状贝氏体、贝氏体铁素体和板条马氏体,激光电弧复合焊条件下的快速加热使A_(c1)和A_(c3)相变线有所提升,高温停留时间短使得奥氏体来不及长大,使组织细化,激光电弧复合焊条件下的M_(s)转变温度提高,马氏体转变温度区间扩大,使得形成的板条马氏体能够发生自回火,从而减小淬火应力,改善强度和韧性,提高抗开裂能力。

X100级管线钢及其焊接性

针对高压长距离油气输送管线的发展带来的对高强度钢管的巨大需求,论述了X100级管线钢的研究发展状况、冶金学设计原理、力学性能,以及现场焊接性等问题。指出X100级管线钢的生产需要综合应用超纯净冶炼、控轧控冷工艺以及合理的合金设计等多方面的先进技术和措施。X100级管线钢具有优良的力学性能,下屈服强度可达690MPa以上。采用合适的焊接工艺,可获得较好的现场焊接性和强韧性良好的焊接接头,X100级管线钢的生产以及材料标准的制定等问题还有待进一步的研究。

X120级管线钢DQ-T工艺试验研究

通过合理的组织、成分设计,采用直接淬火回火(DQ-T)工艺,在实验室成功试制X120级管线钢,并结合金相、透射电子显微技术,研究了不同回火温度对试验钢组织、析出与性能的影响规律。结果表明,随回火温度的升高,屈服强度Rel呈现起伏现象,在450℃和650℃回火后出现两次峰值,抗拉强度Rm变化趋势与Rel相似,起伏相对平缓;冲击功AKv(-20℃)、伸长率A均有一定波动,在450℃回火后,AKv(-20℃)>230 J,A>15%。淬火后450℃回火,钢板为下贝氏体与回火马氏体组织,具有最优的综合力学性能,Rel=845 MPa,Rm=940 MPa,A=16.5%,AKv(-20℃)=236 J,各项指标均符合X120管线钢性能要求。

高钢级X100管线钢的组织和析出相

利用扫描电镜,透射电镜对X100管线钢的显微组织和析出相进行观察,结果表明:X100管线钢的显微组织为粒状贝氏体和贝氏体铁素体,粒状贝氏体分割了取向多元的贝氏体铁素体,细化了晶粒尺寸,提高了材料的强韧性。管线钢中析出相为单相析出和复合析出,存在于晶界上、板条间、基体内、位错线上及其周围。管线钢中存在两种典型的单相析出,一种为尺寸较大,形状规则的TiN析出,一种为尺寸细小,形状为圆形的NbC析出。复合析出为在高Ti/Nb比的碳氮化物上附着着低Ti/Nb比的碳氮化物或硫化亚铜析出,为应变诱导析出。在高温下形成的TiN析出可以阻止晶界迁移,抑制奥氏体晶粒长大,对强度影响不大。低温形成的NbC和复合析出为应变诱导析出,平均尺寸为26.5 nm,在析出强化中占主导地位。

X100级管线钢的微观组织与力学性能的关系

对国内外具有代表性的三家企业生产的X100级管线钢的微观组织及其与力学性能之间的关系进行研究。结果表明:X100级管线钢的微观组织由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成。由于化学成分的细微差别及轧制工艺的不同,各组织在管体中所占的比例和形态不同,其力学性能包括拉伸性能和冲击性能存在很大的差异,而对硬度和止裂韧性方面没有明显的影响。只要严格控制钢中S、P含量,采用合理工艺确保其微观组织晶粒细小且分布均匀,避免M/A岛呈大面积的层片状分布,就有利于提高管线钢的拉伸性能和冲击性能,从而获得良好的满足要求的高强度级别的管线钢管。

高钢级X100管线钢的组织与性能

本文利用光学显微康、扫描电镜、透射电镜等,对实验室TMCP工艺生产的X100管线钢的组织构成、微观结构、析出物的形态和分布等进行了研究。研究结果表明,X100为GB(GranularBainite)、BF(Bainite Ferrite)、M/A构成的复相组织,且各相比例和形态对性能影响较大,以GB为主的基体加上少量BF及弥散分布的细小M/A构成的组织具有较好的强度和韧性匹配。TEM微观形貌观察发现,贝氏体晶粒内部具有高密度位错和不同位向的板条束及M/A硬化相;萃取复形实验发现,X100中主要有两种类型的析出物:一类尺寸较大为Ti的析出,一类尺寸较小为Nb的析出物;这两种析出物起阻碍奥氏体再结晶和晶粒长大及析出强化的作用。

高级别管线钢X80-X120的研发与应用

通过管线长距离运输天然气、石油是能源运输的主要方式之一。出于降低成本的需要，天然气输送管线的工作压力不断提高，这就要求应用X80-X120更高级别管线钢。根据有关的文献资料，系统整理并介绍了高级别管线钢的性能指标、成分设计以及生产应用中的热点问题，并讨论了未来中国天然气管线所采用高级别钢的可能选择。

X100级高强度管线钢的应变时效行为

通过SEM、TEM和相应的力学性能测试,研究X100级管线钢应变时效前后微观组织及其力学性能的变化。结果表明,在相同的温度、时间条件下时效,随着应变量的增加,针状铁素体和粒状贝氏体组织均发生形变,同时基体上的M/A组织周围形成高密度的位错,成为微裂纹的形核核心,并在温度时效的作用下导致间隙原子的偏聚。应变时效2%后,管体的拉伸强度虽没有较大变化但其均匀伸长率明显降低。应变时效后管体材料的冲击断口上二次裂纹增多,冲击韧性显著降低。

X120级超高强度管线钢生产工艺研究现状

X120管线钢的碳含量一般为0.05%,(Cu+Ni+Cr+Mo)≤2%,并加入微合金化元素V、Nb、Ti、B。通过控轧和强控冷工艺,该钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。介绍了生产X120管线钢的在线热处理工艺装置JFE-HOP,间断直接淬火(IDQ),直接淬火DQ-T工艺和淬火-配分(Q&P)工艺技术。讨论了其存在问题和可能的发展方向。

BNS、X60QS和X65QS钢级耐酸性腐蚀管线管的开发

文章介绍了BNS、X60QS和X65QS钢级耐酸性腐蚀管线管的成分设计和工业试制过程,研究了正火工艺和调质工艺对热轧之后钢管的金相组织及机械性能的影响,分析了产品的耐酸性腐蚀性能。试制结果表明,采用正火工艺生产的BNS钢级管线管的机械性能和耐酸性腐蚀性能完全满足API Spec 5L规范要求,采用调质工艺生产的X60QS钢级和X65QS钢级管线管的机械性能和耐酸性腐蚀性能完全满足API Spec 5L规范要求。

X100高钢级管线钢的组织特征及其对强韧性性能的影响

对两种化学成分相近但SEM组织差异较大的X100管线钢的SEM、TEM、EBSD组织特征研究和CVN测试分析表明,X100管线钢的组织特征为具有少量渗碳体、大量MA岛、马氏体板条和大量位错包.较低的奥氏体温度、塑性变形温度及较高的冷却速度是获得具有弥散分布的MA岛的关键因素.具有这种组织的X100管线钢具有优良的强韧性匹配性能.

不同厚度国产X100高钢级管线钢的断裂韧性

采用裂纹尖端张开位移(CTOD)试验对不同厚度X100管线钢的断裂韧性进行了研究,探讨了试样厚度对断裂韧性特征值δ0.2的影响。结果表明:厚度为12,10,8mm的X100管线钢的断裂韧性特征值δ0.2分别为0.323,0.267,0.265mm;对管线钢进行CTOD测试时,所取试样的厚度应与实际钢管的壁厚相当。

高温变形对X100级管线钢相变规律影响

采用热模拟技术对X100管线钢在连续冷却转变下的显微组织的变化规律进行了研究。深入讨论了X100管线钢的CCT曲线及其在不同冷却条件下的相变规律。结果表明,X100管线钢的组织为GB（Granular Bainite）、QF（Polygonal Ferrite）、M/A构成的复相组织,且各相比例和形态对性能影响较大。发现随着冷却速度的提高,在连续冷却转变组织中依次出现多边形铁素体（QF）、粒状贝氏体（GB）、贝氏体铁素体（BF）、板条马氏体（LM）。静态CCT在5~20℃/s冷速区间可得到GB、BF、M/A构成的复相组织,动态CCT的冷却速度大于20℃/s才能得到相应的组织。研究结果表明：高温变形能够扩大相变温度区间,细化相变后晶粒尺寸。高温变形对铁素体相变影响较大,而对贝氏体相变影响较小。

X100／X120钢级高性能管线钢国际高层论坛会召开

由中国石油学会储运专业委员会主办，中国国际管道展览会组委会（CIPPE）和X100／X120钢级高性能管线钢国际论坛会组委会承办的X100／X120钢级高性能管线钢国际高层论坛会于2005年7月28～29日在北京隆重召开，来自国内外130余位学者专家出席了会议。