高強低合金管線鋼相變行為及抗腐蝕性能的研究.pdf

1、半個多世紀(jì)以來,管線運輸以其經(jīng)濟(jì)、安全、運輸數(shù)量大以及不間斷長距離運輸?shù)膬?yōu)勢成為了油氣運輸最主要的方式。伴隨著油氣需求量的增加,管線鋼的研究也得到了空前的發(fā)展,尤其是油氣的開采逐漸伸向環(huán)境惡劣的地區(qū),這對管線鋼的性能提出了更高更嚴(yán)格的要求。為了獲得優(yōu)良綜合性能的管線鋼,需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù),進(jìn)而獲得理想組織。管線鋼熱處理過程中中溫相變組織非常復(fù)雜,尤其是具有優(yōu)異綜合性能的針狀鐵素體組織,組織控制條件及相變機理都不是很明確。另外,現(xiàn)在油田

2、地帶大多屬于低pH值、高硫化物地質(zhì),因此需要開發(fā)高硫環(huán)境下的耐腐蝕管線鋼。
　　基于上述問題,本文選用高強低合金鋼管線鋼為研究對象,采用熱模擬試驗機、相變淬火膨脹儀等試驗設(shè)備對高強低合金管線鋼連續(xù)冷卻時的中溫相變、等溫淬火、控制軋制以及抗腐蝕性能進(jìn)行研究:對連續(xù)冷卻過程中以及等溫淬火時的相變行為進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并利用相變動力學(xué)模型描述了整個相變過程;隨后探索了奧氏體非再結(jié)晶區(qū)軋制對于針狀鐵素體相變的影響;以及提高抗腐蝕性能的措施。

3、得出結(jié)論如下:
　　(1)冷卻速率對管線鋼連續(xù)冷卻過程中相變行為存在重要影響。隨著冷速的加快,室溫組織由多邊形鐵素體、針狀鐵素體和貝氏體組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铊F素體和貝氏體混合組織。利用JMAK動力學(xué)模型對連續(xù)冷卻過程中相變過程進(jìn)行建模分析,結(jié)果表明冷卻過程中首先發(fā)生擴(kuò)散控制型相變,隨后發(fā)生界面控制型相變。奧氏體化溫度同樣會對連續(xù)冷卻過程中的相變存在重要影響,隨著奧氏體化溫度的提高,晶粒會發(fā)生明顯長大,室溫組織由多邊形鐵素體、針狀鐵素

4、體和貝氏體鐵素體的混合組織逐漸向貝氏體單相組織轉(zhuǎn)變。
　　(2)對管線鋼等溫淬火過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)等溫溫度以及前期的奧氏體化溫度對相變行為都存在重要影響。研究結(jié)果表明:隨著等溫溫度的降低,室溫組織由多邊形鐵素體逐漸變?yōu)獒槧铊F素體,最后變?yōu)樨愂象w鐵素體,硬度逐漸升高。對等溫淬火過程中的第一階段和第二階段分別采用JMAK建模和自催化形核和切變主導(dǎo)相變模型分析,結(jié)果表明隨著等溫淬火溫度的降低,由擴(kuò)散控制生長的多邊形鐵素體相變的速率

5、也呈現(xiàn)明顯降低的趨勢,貝氏體相變速率加快。隨著奧氏體化溫度的升高,室溫組織變得粗大,相同溫度下等溫轉(zhuǎn)變的速率變慢,有利于貝氏體鐵素體的形成,使TTT曲線中貝氏體相變所占的區(qū)域面積增大。
　　(3)奧氏體非再結(jié)晶區(qū)軋制對針狀鐵素體的相變有重要影響。研究結(jié)果表明:850℃進(jìn)行軋制后,隨著變形量的增加,組織依次是:貝氏體鐵素體和針狀鐵素體的混合組織、針狀鐵素體為主的組織、針狀鐵素體和多邊形鐵素體混合組織以及細(xì)小的多邊形鐵素體組織。軋制后

6、隨著冷卻速度的增加,組織逐漸變細(xì)。隨著軋制溫度的升高,組織逐漸變得粗大,硬度值逐漸下降,這表明非再結(jié)晶區(qū)的軋制要在相對較低的溫度進(jìn)行時才會得到細(xì)小的針狀鐵素體。隨著應(yīng)變速率的增加,組織逐漸變得細(xì)小,硬度值逐漸增大,適當(dāng)提高應(yīng)變速率有利于細(xì)化組織。
　　(4)通過降C提Mn微合金優(yōu)化成分設(shè)計,以及采用先進(jìn)的生產(chǎn)手段,實現(xiàn)了抗硫管線鋼精確控制C含量的要求。使用優(yōu)質(zhì)廢鋼和成分適當(dāng)?shù)木珶捲蠓档土薙的含量。采取控制C、S、P、夾雜物及純

7、凈度措施,從源頭上降低了氫損傷幾率。提出了PQF軋制+旋擴(kuò)方式生產(chǎn)超大口徑管線新型工藝技術(shù),既發(fā)揮了PQF平穩(wěn)軋制的優(yōu)點,又確保了大口徑管線鋼的尺寸精度及內(nèi)外表面質(zhì)量。
　　(5)研究了熱處理工序?qū)︿摴艹叽缱兓挠绊?實施了外徑應(yīng)按負(fù)公差(范圍為-0.6~-1mm)控制、壁厚按正公差(范圍為0.1~0.3mm)控制的技術(shù),更進(jìn)一步控制了超大口徑管線鋼的尺寸精度。熱處理過程采用外淋+內(nèi)噴熱處理工藝,使管線鋼的組織和性能均勻、硬度適中