高鋼級管線鋼強韌性控制理論與工藝研究.pdf

1、近年來石油、天然氣輸送管道建設(shè)對管線鋼強度、低溫沖擊功、氫致裂紋(HIC)性能、硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)性能及應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)性能等要求越來越高，提高X80及以上等級管線鋼強韌性成為鋼鐵材料研究領(lǐng)域所關(guān)注的問題。本文系統(tǒng)研究了X80及以上等級管線鋼強韌性控制及工藝策略，分析了顯微組織類型、M-A島、夾雜物等對針狀鐵素體型X80管線鋼強韌性的影響;在實驗室條件下，進行了貝氏體型X100管線鋼及貝氏體/馬氏體型X120管線鋼的生

2、產(chǎn)工藝路線研究，為今后工業(yè)化生產(chǎn)高性能、低成本的高鋼級管線鋼提供理論和實踐依據(jù)。論文主要工作及研究成果如下:
　　(1)研究了X80及X100管線鋼的奧氏體變形特征，發(fā)現(xiàn)隨應(yīng)變速率的提高，實驗鋼動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的溫度提高，溫度范圍縮小，動態(tài)再結(jié)晶難以發(fā)生。在等溫變形條件下，引入Zener-Hollomon參數(shù)來確定變形溫度及應(yīng)變速率對動態(tài)再結(jié)晶的影響，得到X80及X100實驗鋼的再結(jié)晶激活能。采用周紀華公式的模型結(jié)構(gòu)，對實測數(shù)據(jù)進行

3、非線性回歸，得到公式中的回歸系數(shù)，回歸值與實測值吻合較好。利用最小二乘法確定X80及X100的靜態(tài)再結(jié)晶激活能分別為308.7kJ/mol和340.8kJ/mol。采用Avrami方程，對于靜態(tài)再結(jié)晶動力學進行研究，并最終獲得X80及X100實驗鋼奧氏體靜態(tài)再結(jié)晶動力學方程。
　　(2)通過奧氏體相變行為的研究，得到了高鋼級管線鋼的CCT曲線，靜態(tài)CCT表明，X100高Nb成分及X120管線鋼的相變開始及結(jié)束溫度較低，動態(tài)CCT曲

4、線表明，變形導致實驗鋼中多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)間擴大，貝氏體轉(zhuǎn)變受到抑制，M-A島分布更加彌散，尺寸更加細小。
　　(3)通過現(xiàn)場試軋Nb微合金化X80管線鋼，終軋溫度為780～840℃，終冷溫度為530～550℃，冷卻速度在18℃/s左右，顯微組織為針狀鐵素體及適量的多邊形鐵素體，或以貝氏體為主時，綜合力學性能良好。短時間弛豫，產(chǎn)品強度下降，DWTT性能沒有明顯改善。相互臨近的夾雜物促進了二次裂紋的產(chǎn)生及擴展，惡化了產(chǎn)品的低溫韌性。

5、隨M-A島含量增加，-20℃沖擊功增加。當裂紋擴展至M-A島處時，裂紋出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)折，導致裂紋擴展功增加。衍射花樣分析結(jié)果表明，M-A島主要為馬氏體，而殘余奧氏體較少。
　　(4)在實驗室進行了Nb-Mo復合成分設(shè)計的X100管線鋼控制軋制，實驗參數(shù)為:1)終軋溫度800～850℃，終冷溫度400～450℃，冷卻速度20～35℃/s;2）終軋溫度800～850℃后，弛豫60s，終冷溫度為350～400℃，冷卻速度20～35℃/s，

6、二種工藝均可獲得綜合力學性能良好的鋼板;采用高Nb成分設(shè)計的X100管線鋼較為合理的工藝參數(shù)范圍是:控制終軋溫度850～870℃，終冷溫度450～500℃，冷卻速度23～35℃/s。以Nb-Mo系實驗鋼為例，通過細晶強化、固溶強化、沉淀強化、位錯強化、亞晶強化等強化機制，經(jīng)理論預測實驗鋼屈服強度為764MPa，與實際值相符。TEM下觀察M-A島中馬氏體與殘余奧氏體之間位向關(guān)系為[101]γ//[111]α、(-1-11)γ//(-101

7、)α。微細孿晶組織寬度為2～40nm，分布在晶界處或板條鐵素體之間。Nb-Mo系實驗鋼中，隨析出物尺寸增加，Nb/Ti增加，形狀趨于規(guī)則。
　　(5)在實驗室進行了X120管線鋼的軋制實驗，主要工藝參數(shù)為:終軋溫度860～880℃，冷速控制50℃/s，終冷溫度為350℃，實驗鋼屈服強度達到890MPa，抗拉強度為1009MPa，延伸率為17.2％，-20℃夏比平均沖擊功達到203J，綜合力學性能良好。隨沖擊功提高，-20℃DWTT

8、性能提高。沖擊功為99J以上時，落錘撕裂面積達到85％以上。實驗鋼終軋溫度為760℃時，由于接近于該實驗鋼的相變溫度(Ar3)，DWTT試樣出現(xiàn)斷口分離現(xiàn)象。
　　(6)采用軋制后重新加熱淬火及回火工藝(RQT)，在500℃回火1h時，實驗鋼綜合力學性能較淬火態(tài)大大改善。650℃回火條件下可觀察到內(nèi)部有細小析出物彌散分布的多邊形鐵素體結(jié)構(gòu)。隨回火溫度升高，碳化物由長條狀演變?yōu)辄c狀或球狀。當實驗鋼回火溫度由350℃提高至650℃時，