应变时效对X90高强管线钢组织及性能的影响

X90管线钢以其高强高韧的特点,被广泛用于石油、天然气和化工等领域。但是,在管道钢制造与服役中普遍存在着应变时效效应,即在经历了一定的预应变后,经过长期的常温或低温处理,其强韧化程度有所提高。因此,开展X90管线钢的应变时效效应研究,对改善其使用性能、延长其服役寿命有十分重要的作用。基于此,本文便对应变时效对X90高强管线的钢组织影响与性能影响进行简单探讨,仅供参考。

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。

基于应变设计的大应变X100管线钢的成分设计与开发

介绍了日本新日铁公司开发的适用于基于应变设计的大应变低Mo含量高强度X100管线钢的成分设计,在实验室研究了Mo和Cr对强化能力的影响,并进行了低Mo含量16 mm厚度X100管线钢管的试生产。研究了试生产的低Mo含量X100大应变管线钢管热力时效前后的力学性能,如落锤撕裂试验性能以及母材和焊缝区的V形缺口夏比冲击性能等。试验结果表明,试生产的低Mo含量X100大应变管线钢管具有优异的低温韧性和焊缝韧性。

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。

X100管线钢在应变时效中的脆化

采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在应变时效中的脆化规律进行了研究。结果表明,应变时效使实验钢X100产生脆化。随应变时效温度升高,强度和硬度增加,塑性和韧性下降。应变时效脆化形成的机理是管线钢间隙原子与位错的交互作用。

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。

X100管线钢在预应变中的脆化

管线钢的脆化是管道安全的一个突出问题。针对管道工程的要求,采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在预应变中的脆化规律进行了研究,为X100管线钢管的工程施工和安全服役提供试验依据。结果表明:随着预应变量的增大,强度和硬度增加,伸长率和韧性下降,使试验钢X100产生脆化。预应变形成的机理是管线钢位错亚结构的变化。

预应变对X100管线钢的电化学腐蚀行为研究

以API X100管线钢为研究对象,通过预应变试验和电化学试验的方法,结合微观组织,探究预应变对X100管线钢电化学腐蚀的影响。研究显示,随着预应变程度的增大,X100管线钢的腐蚀倾向逐渐增大,X100管线钢的腐蚀速率逐渐增加.预应变通过机械电化学效应和应变硬化现象影响X100管线钢的腐蚀倾向;预应变通过影响管线钢的腐蚀产物的相对组成及其与基体的平均结合程度影响X100管线钢的腐蚀速度。

预变形及应变时效对X100管线钢管性能的影响

通过对X100管线钢管在不同预变形量和时效温度下所做的拉伸试验和冲击韧性试验结果的分析,研究了预变形和时效温度对X100管线钢管性能的影响。试验结果表明,预变形明显提高了X100管线钢管的屈服强度、抗拉强度和屈强比,使材料的塑性和冲击韧性明显降低;应变时效对钢管纵向性能影响较为明显,纵向屈服强度、抗拉强度明显升高,而横向屈服强度、抗拉强度变化较小。

X100管线钢应变时效行为研究

通过不同温度和预应变量下X100管线钢的应变时效试验,对比了应变时效前后X100管线钢力学性能和显微组织的变化,研究了应变时效对X100管线钢力学性能和金相组织的影响。研究结果表明,应变时效可使X100管线钢的强度、屈强比和韧脆转变温度升高;应变时效对X100管线钢纵向力学性能的影响比横向大;应变时效可使X100管线钢组织细化,并且随着应变量的增大,加剧了应变时效的影响。

焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响

采用热模拟技术、显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在不同焊接热输入下粗晶区的组织及性能的变化规律进行了研究.结果表明,随着焊接热输入的增加,X100管线钢的强韧性降低.当热输入为10kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以贝氏体铁素体和粒状贝氏体为主,这种组织赋予材料以最佳的强韧性水平;当热输入为20kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以粒状贝氏体和准多边形铁素体为主,材料有较好的强韧配合;而当热输入大于30kJ/cm时,由于多边形铁素体增多,材料的强韧性降低.因此可将10～20kJ/cm作为X100管线钢的推荐热输入.

应变速率对X80管线钢应力腐蚀的影响

利用慢应变速率拉伸试验研究了应变速率对X80管线钢在土壤模拟溶液中的应力腐蚀的影响。采用的模拟溶液以我国西北部碱性土壤的化学成分为基础,在不同应变速率条件下进行试验。样品断裂后利用扫描电镜对断口形貌以及断口侧面二次裂纹进行观察。研究结果表明:X80钢在1.0×10-6s-1应变速率下表现出最高的应力腐蚀敏感性。低于该应变速率下,应力腐蚀敏感性略有降低;而高于该应变速率下,应力腐蚀敏感性明显减小。不同应变速率下应力腐蚀敏感性的差异主要是由应力腐蚀过程中腐蚀和力学作用的影响程度不同造成。应变速率低于1.0×10-6s-1时,腐蚀作用影响更大,较长的腐蚀时间造成裂纹被腐蚀,裂纹扩展受到影响,因此应力腐蚀敏感性略有降低。当应变速率高于1.0×10-6s-1时,力学作用主导整个过程,形成的裂纹没有受到足够腐蚀的情况下,在力学作用下发生快速机械扩展、断裂,因此产生了明显降低的应力腐蚀行为。

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。

X100管线钢连续冷却转变的显微组织

采用热模拟技术和显微分析方法,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。通过X100管线钢CCT曲线的建立和组织分析表明：当冷却速度低于0.2℃/s时,组织类型以多边形铁素体（PF）为主。在0.5-10℃/s的冷却速度范围,主体组织为准多边形铁素体（QF）和粒状铁素体（GF）。当冷却速度大于20℃/s,组织以贝氏体铁素体（BF）为主。大于50℃/s的冷却速度,将形成马氏体（M）。

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律.结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M−A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M−A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加.建议采用100℃进行预热.

不同温度下X100管线钢的冲击韧性

通过对X100管线钢试件冲击示波曲线、冲击断口形貌的观察,对比分析了在温度20℃、-60℃及-80℃条件下试件的冲击性能,研究了冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明,裂纹启裂及扩展功所表现出的韧脆特性与总冲击功不同。随试验温度降低,断口分层现象明显,断口分层小平台可提高试验钢的断裂韧性,片状夹杂物则促进了脆性断口的产生;随温度降低,裂纹的扩展路径呈直线化,且尖角状裂纹较多。

SRB对X100管线钢在西北盐渍土壤中应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率拉神(SSRT)实验和SEM研究了SRB对X100管线钢在典型的西北盐渍土壤(库尔勒土壤模拟溶液)中应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明,X100管线钢母材和焊缝在无菌的库尔勒土壤模拟溶液中具有较高的SCC敏感性,其断口模式为穿晶+沿晶SCC混合断裂;X100管线钢母材和焊缝在含有SRB的库尔勒土壤模拟溶液中的SCC敏感性低于无菌时的,其断口模式为穿晶SCC断裂,说明SRB的存在抑制了X100管线钢的脆变,致使X100管线钢的SCC敏感性降低,这可能是由于SRB能在X100管线钢表面快速繁殖并形成生物膜,该生物膜随时间的增加会不断的堆积并变得致密,一定程度上阻隔了活性阴离子Cl-进入X100管线钢基体表面,致使X100管线钢的SCC敏感性减小。