高钢级X100管线钢的研究与开发

论文摘要

管线是输送油、气最为经济而有效的工具,应用广泛。随着油、气的输送效率,管线输送压力的不断提高,对管线钢性能的要求也越来越高。目前X100、X120级别的管线钢已经纳入API-5L-2007和ISO3183-2007标准。X100和X120级别管线钢具有高强韧性、良好的现场焊接性能、同时因其具有抗HIC、抗SCC、抗大变形、降低工程造价等优点,已成为各大钢铁公司竞相开发的高附加值产品之一。本文从X100的成分设计到实验试轧工艺进行较为系统的研究。分别按TMCP工艺和HTP工艺进行了成分设计并进行实验研究,两种成分钢分别简称为TMCP钢和HTP钢。论文主要研究结果如下:（1）单道次压缩研究结果表明,真应力-应变曲线仅在低应变速率或高变形温度下才呈动态再结晶型。通过双道次压缩实验确定出TMCP钢静态再结晶终止温度（Tnr）为950℃,HTP钢的Tnr约为1000℃。TMCP钢和HTP钢的动态再结晶激活能分别为367.107KJ/mol和336.278KJ/mol。（2）连续冷却相变研究发现,未变形条件下,冷却速度为0.5℃/s时显微组织为粒状贝氏体（GB）+少量多边形铁素体（PF）,当冷却速度增至5℃/s时均可获得全贝氏体铁素体（BF）组织。随着变形量的增加,CCT曲线左上方移,低冷却速度下即出现较多的多边形铁素体（PF）,高冷却速度下贝氏体铁素体（BF）转变区缩小,而针状铁素体（AF）和粒状贝氏体（GB）转变区扩大。（3）参照现场的工艺参数,模拟了X100的显微组织变化并进行EBSD分析,结果显示:模拟后X100显微组织晶畴致密,TMCP钢的显微组织平均晶粒尺寸在3.5～4.8μm之间,有效晶粒尺寸在4.1～5.9μm之间,大角度晶界所占比例为79～85%之间,为生产高级别管线钢提供了依据。（4）采用两阶段轧制和加速冷却,精轧终轧温度为800～840℃,终冷温度为400～500℃,冷却速度为20～30℃/s时,可获得满足X100性能要求的热轧钢板。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管线钢的轧制工艺
• 1.2.1 TMCP工艺
• 1.2.2 HTP工艺
• 1.2.3 Super-OLAC+HOP工艺
• 1.3 管线钢的成分设计原理
• 1.4 X100管线钢研究概况
• 1.5 X100管线钢的组织性能特点
• 1.5.1 X100管线钢的典型显微组织
• 1.5.2 X100管线钢的抗大变形特点
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第2章 X100管线钢高温热变形行为
• 2.1 实验材料及方案
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 单道次实验方案
• 2.1.3 双道次实验方案
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 单道次实验结果
• 2.2.1.1 单道次实验结果及分析
• 2.2.1.2 HTP钢单道次压缩淬火组织
• 2.2.2 双道次实验结果及分析
• 2.2.2.1 软化率的计算方法
• 2.2.2.2 软化率的计算
• 2.2.2.3 双道次淬火组织
• 2.3 讨论
• 2.3.1 变形参数对变形抗力的影响
• 2.3.1.1 变形温度对变形抗力的影响
• 2.3.1.2 变形速率对变形抗力的影响
• 2.3.1.3 真应变-应力曲线特征值的确定
• 2.3.2 变形抗力模型的建立
• 2.3.2.1 形变激活能的求解
• 2.3.2.2 变形抗力模型
• 2.3.3 静态再结晶动力学模型
• 2.3.3.1 静态再结晶激活能
• 2.3.3.2 静态再结晶动力学
• 2.4 小结
• 第3章 X100管线钢连续冷却相变研究
• 3.1 连续冷却相变实验方法
• 3.1.1 实验材料及设备
• 3.1.2 实验方案
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 TMCP钢不同冷速下的显微组织
• 3.2.2 TMCP钢不同变形量的显微组织
• 3.2.3 TMCP钢的CCT曲线
• 3.2.4 TMCP钢显微硬度分析
• 3.2.5 TMCP钢TEM分析
• 3.2.6 HTP钢不同冷速下的显微组织
• 3.2.7 HTP钢的SEM组织分析
• 3.2.8 HTP钢的CCT曲线
• 3.3 小结
• 第4章 X100管线钢的控轧控冷组织模拟
• 4.1 组织模拟实验材料与方案
• 4.1.1 实验材料与设备
• 4.1.2 试验方案
• 4.2 组织模拟结果分析
• 4.3 TMCP钢的EBSD分析
• 4.4 小结
• 第5章 X100管线钢试轧实验
• 5.1 试轧实验设备、方案和轧制过程的控制结果
• 5.1.1 试轧实验设备
• 5.1.2 试轧实验方案和温度控制结果
• 5.2 试轧实验的力学性能结果
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 显微组织分析
• 5.3.2 断口形貌分析
• 5.3.3 TEM微观组织分析
• 5.3.4 EBSD分析材料韧性
• 5.4 讨论
• 5.4.1 精轧温度对力学性能的影响
• 5.4.2 终冷温度对力学性能的影响
• 5.4.3 冷却速度对力学性能影响
• 5.4.4 强化机理
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢