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。

X100级管线钢的动态塑性变形行为研究

采用原位拉伸扫描电镜试验对X100级管线钢的动态塑性形变行为进行观察,并运用EBSD微观取向分析技术对形变前后管体组织的取向变化进行分析。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。在拉伸应力的作用下针状铁素体首先发生形变,随着应变的增加,针状铁素体形变累积到一定程度后,导致粒状贝氏体发生形变。针状铁素体边界和贝氏体基体上的M/A组织钉扎位错使变形不易发生。由EBSD取向可知,晶体在发生形变后轧面的{110}晶面方向沿拉伸形变方向转动。由扫描电镜照片观察到,在外加应力作用下,夹杂物成为微裂纹形核核心并随着外加应力的增加而扩展,最后连接,导致裂纹贯穿基体直至失效。

合金元素对X100级管线钢焊缝组织和性能的影响

采用不同合金成分的焊丝进行了X100级管线钢的焊接试验,对焊缝的力学性能及显微组织进行了分析,发现在进行X100级管线钢焊接时焊丝合金成分对焊缝力学性能和显微组织影响较大,采用含Mn、Cr、N i、Mo等合金元素较丰富的焊丝进行焊接时可以改变焊缝中的显微组织形貌,得到综合性能良好的焊接接头。

X100级管线钢焊接粗晶区微观组织预测

采用Gleeble3500热-力学模拟试验机,研究了在不同焊接热循环条件下,X100级管线钢焊接粗晶区组织形态的变化规律。实验结果表明,X100级管线钢焊接粗晶区组织主要有粗大的粒状贝氏体、贝氏体铁素体和马氏体。当焊后冷却速度低于2℃/s时,焊接粗晶区组织为粒状贝氏体;当焊后冷却速度为2～5℃/s时,组织为贝氏体铁素体;当焊后冷却速度高于5℃/s时,粗晶区开始出现马氏体组织。

X100级管线钢CO_2气体保护焊接试验研究

通过拉伸、冲击、硬度、焊后热处理等试验方法,研究了不同焊接热输入量对CO_2气体保护焊接条件下X100级管线钢焊接接头力学性能和显微组织的影响。结果表明:随着焊接热输入量增加,显微组织逐渐粗化;当焊接热输入量为1.91 kJ/mm时,焊缝中粒状贝氏体数量增多,针状铁素体数量减少,晶粒和M-A组元尺寸明显粗化,焊接接头的强韧性、硬度均下降;当焊接热输入量为1.17 kJ/mm时,其焊接接头能获得最佳的力学性能和显微组织。经过焊后热处理,距离焊缝2~4 mm处HAZ的HV10硬度为230~240,下降明显,焊缝硬度波动变小,距离焊缝4~6 mm处的HAZ和母材硬度变化不大。

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.

X100钢级管线钢焊接接头热影响区粗晶区冷却时间计算方法研究

为了研究冷却时间t_(8/5)对X100钢级管线钢焊接接头粗晶区组织性能的影响,采用单丝埋弧焊堆焊X100钢级管线钢板,利用热电偶和函数记录仪等设备测量了粗晶区的冷却时间t_(8/5),分别采用最小二乘法拟合与拉格朗日插值得到t_(8/5)的计算公式,并对理论经验公式、最小二乘法拟合公式与拉格朗日插值公式计算结果进行了试验验证。验证结果表明,最小二乘法拟合公式的计算结果和测量值最接近,可以用来计算X100钢级管线钢热影响区粗晶区的冷却时间t_(8/5),也为合理制定X100钢级管线钢的焊接工艺提供了重要依据。

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。

X100管线钢的组织与性能

利用金相显微分析、扫描电镜、透射电镜和先进的EBSD技术,对X100钢级管线钢的组织进行了分析,并和CVN等力学性能相对应,进行了相关性探讨.研究表明,X100钢级管线钢全部为粒状贝氏体组织,其透射组织分析表明粒状贝氏体含量很高,主要存在于铁素体边界;铁三碳存在于铁素体板条;组织以针状铁素体为主,也存在少量条状铁素体,同时位错密度很高;EBSD研究表明,铁三碳呈均匀弥散分布,残余奥氏体含量较大;有效晶粒细化现象突出,预示该品牌X100管线钢拥有较理想的强韧性特征.

高性能输送管线钢

鉴于管道工业将面临建设输送原油、成品油、粉煤浆、天然气等多种形式管线的高潮,对输送管线用钢发展前沿问题,如根据应变设计(strain design)原则在地质状况不稳定地区或深海建设管线用高抗变形管线钢;建设输送粉煤浆管线用抗冲蚀(anti-erosion)管线钢;建设长距离输送天然气管线用X100/X120级管线钢;能够大幅度提高厚壁管线钢管环焊热影响区韧性的含氧化钛质点管线钢;用于X100/X120级管线钢的新型高强度焊接材料以及防止高压输气管线发展延性断裂等问题做了综合论述。

高性能输送管线钢(续)

鉴于管道工业将面临建设输送原油、成品油、粉煤浆、天然气等多种形式管线的高潮,对输送管线用钢发展前沿问题,如根据应变设计(strain design)原则在地质状况不稳定地区或深海管线用高抗变形管线钢;输送粉煤浆管线用抗冲蚀(anti-erosion)管线钢;长距离输送天然气管线用X100/X120级管线钢;能够大幅度提高厚壁管线钢管环焊热影响区韧性的含氧化钛质点管线钢;用于X100/X120级管线钢的新型高强度焊接材料以及防止高压输气管线发展延性断裂等问题做了综合论述。