微合金化針狀鐵素體型管線鋼組織和性能研究.pdf

1、為降低管線的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本、保證高壓長(zhǎng)距離輸送天然氣管線的安全、可靠性，對(duì)所用鋼材要求具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性能。材料的強(qiáng)度與韌性、焊接性是一對(duì)矛盾。因此，對(duì)高壓輸氣管線鋼需采用較以往“貧珠光體”組織特征的管線鋼不同的組織和成分設(shè)計(jì)。本研究以微合金化鋼的晶粒細(xì)化、強(qiáng)韌化理論和TMCP技術(shù)為基礎(chǔ)，提出超低碳微合金化管線鋼的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)地研究了西氣東輸工程用微合金化針狀鐵素體型X70管線鋼的組織和性能。 采用熱模擬試驗(yàn)方法

2、研究了針狀鐵素體型管線鋼高溫變形的熱塑性、變形抗力和奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明：變形速率為10<'-3>/s時(shí)，在1050℃～1200℃范圍內(nèi)具有較好的高溫塑性。加大冷卻速度可促進(jìn)形變奧氏體向針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變，并細(xì)化組織。同樣變形條件下，超低碳成分的針狀鐵素體管線鋼與低碳X70管線鋼的變形抗力值差別不大。 通過(guò)拉伸試驗(yàn)、夏比沖擊試驗(yàn)、示波沖擊試驗(yàn)、落錘撕裂試驗(yàn)(DWTT)和裂紋尖端張開(kāi)位移(CTOD)斷裂韌性試驗(yàn)研究了針狀鐵

3、素體型X70管線鋼的強(qiáng)度、韌性。與傳統(tǒng)低碳貧珠光體管線鋼相比，超低碳針狀鐵素體管線鋼強(qiáng)度等級(jí)相近，在拉伸曲線上表現(xiàn)為連續(xù)屈服；具有更高的沖擊韌性和斷裂韌性、更低的夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度和更低的落錘撕裂試驗(yàn)(DWTT)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，具有良好的抗低溫動(dòng)態(tài)撕裂能力；示波沖擊試驗(yàn)表明成分相同的情況下針狀鐵素體組織的試驗(yàn)鋼較含少量珠光體組織的試驗(yàn)鋼具有更高的沖擊韌性，對(duì)裂紋擴(kuò)展具有更高的止裂能力。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡對(duì)微

4、合金化針狀鐵素體管線鋼組織進(jìn)行顯微分析。針狀鐵素體管線鋼組織均勻細(xì)小，珠光體帶狀組織已消除，鐵素體晶粒邊界不平直，呈明顯的形變特征，并分布著一些M-A組元。析出相主要是Ti和Nb的碳氮化物，析出相尺寸從10nm數(shù)量級(jí)到100nm數(shù)量級(jí)不等，呈均勻分布和偏聚于晶界等缺陷部位分布。透射電鏡下典型的針狀鐵素體精細(xì)組織呈片型的針狀形態(tài)，且其中含與細(xì)小析出相交互作用的高密度位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。顯微組織的細(xì)化有利于提高材料的強(qiáng)度和韌性。 焊接熱模擬試

5、驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼粗晶區(qū)再加熱脆化現(xiàn)象主要發(fā)生在780～840℃的再加熱溫度區(qū)。粗晶區(qū)脆化主要與大顆粒的M-A組元有關(guān)。臨界再熱粗晶區(qū)脆化與M-A組元的分布形態(tài)和比例有關(guān)。隨焊接線能量的增加粗晶區(qū)的韌性下降。大線能量時(shí)形成大尺寸的M-A組元是使韌性下降的主要原因。M-A組元中的殘余奧氏體比例的增加有助于改善韌性。針狀鐵素體X70管線鋼具有好的焊接性能。 氫誘裂紋(HIC)性能研究表明采用超低碳超低硫成分設(shè)計(jì)的針狀鐵素體X70管線