抗大变形管线钢X70的研究

论文摘要

随着对石油天然气需求的日益增加,其开发和开采向沙漠、极地和海洋等偏远地区延伸,在管线的运行过程中可能受到地震、山体滑坡、土壤结构变化、海底冲刷作用等地质灾害因素的影响,使得管线位置发生移动,甚至在局部发生很大程度的变形。管道的失效不再由应力控制,而是由应变控制。必须开发出一种具备Round house型应力应变曲线、屈强比较低、形变强化指数高和均匀塑性变形延伸率高的新型管线钢。本论文以抗大变形管线钢X70为研究对象,对轧制过程中的再结晶行为以及形变奥氏体连续冷却行为进行研究,在此基础上对该管线钢轧制过程中组织性能控制等问题进行了研究,所做工作及主要结果如下：（1）利用MMS-300热模拟试验机测定抗大变形管线钢X70的动态CCT曲线,结果表明：当冷却速度为0.5℃/s,转变产物为铁素体、珠光体和少量贝氏体（F+P+B）；当冷却速度为1-3℃/s时转变产物包括多边形铁素体和贝氏体组织；当冷却速度为3-5℃/s时转变产物主要包括准多边形铁素体、少量针状铁素体和贝氏体组织；当冷却速度大于5℃/s时转变产物主要以针状铁素体为主的贝氏体组织。（2）利用热模拟试验机测定抗大变形管线钢X70不同变形参数下的变形抗力,结果表明：随变形温度的增高,变形抗力降低；在高温和一定的变形程度条件下,一般是变形抗力随着变形速率的增加而增大；在一定的变形程度条件下,变形抗力随变形程度增加明显增加,当变形程度增加到一定极限后,将发生动态回复或动态再结晶,变形抗力将随变形程度的增加而趋于一个定值。（3）利用热模拟实验摸索轧制、冷却工艺参数对抗大变形管线钢组织的影响规律,重点研究终轧后的弛豫过程对抗大变形管线钢X70组织转变的影响,结果表明：在其他影响因素相同情况下,随弛豫时间增加铁素体转变量增加,且铁素体晶粒略有增大,弛豫终止温度是决定多边形铁素体含量及尺寸的重要工艺参数。（4）在实验室轧机上进行抗大变形管线钢X70的轧制研究。将钢坯轧成厚度为13mm的实验钢板,并通过后续的层流冷却对实验钢板进行控冷,生产工艺采用TMCP+弛豫技术。通过对试制的钢板进行拉伸试验、冲击试验检测其力学性能,结果表明通过实验室轧制能够得到满足各项性能指标的HD X70：应力应变曲线没有明显屈服平台,Rt0.5>485MPa, Rm>570MPa, Rt0.5/Rm≤0.85,均匀延伸率≥10%,n>0.1；利用光学显微镜、扫描电镜观察显微组织,结果显示轧后组织由铁素体+贝氏体构成,结合力学性能检测结果表明本实验中铁素体最佳体积分数为60%-70%；通过电子背散射衍射实验、透射电镜观察微观结构,分析得出贝氏体中存在的小角晶界有效地提高了材料的抗大变形能力,弛豫过程能够促进固溶的微合金元素大量析出,提高HD X70的强度,并且使得相变后的组织更为细化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 管线钢的研发概况与展望
• 1.2.1 国外管线钢的研发概况
• 1.2.2 国内管线钢研发概况与展望
• 1.3 各类管线钢的研发和特点
• 1.3.1 针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢
• 1.3.2 超细晶粒钢
• 1.3.3 HTP（High Temperature Processing）管线钢
• 1.3.4 高抗腐蚀管线钢
• 1.4 抗大变形管线钢的研发与应用
• 1.5 管线钢的性能要求
• 1.5.1 普通管线钢的性能要求
• 1.5.2 抗大变形管线钢的性能与组织要求
• 1.6 管线钢的轧制工艺
• 1.6.1 TMCP工艺
• 1.6.2 HTP工艺
• 1.7 研究目标、内容及技术路线
• 第2章 抗大变形管线钢X70奥氏体连续冷却行为的研究
• 2.1 实验目的
• 2.2 化学成分设计
• 2.3 实验方法
• 2.4 实验方案
• 2.5 实验结果及分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 抗大变形管线钢X70变形抗力研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 变形抗力的实验研究
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 实验样品
• 3.2.3 实验设备
• 3.2.4 实验工艺参数的选择
• 3.3 实验结果及分析
• 3.3.1 变形程度对变形抗力的影响
• 3.3.2 变形温度对变形抗力的影响
• 3.3.3 变形速率对变形抗力的影响
• 3.3.4 塑性变形抗力数学模型的确定
• 3.3.5 预测结果与实验数据的对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 抗大变形管线钢X70的工艺热模拟研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验技术路线
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 弛豫时间对组织的影响
• 4.3.2 终冷温度对组织的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 轧制实验研究
• 5.1 轧制实验思路
• 5.2 实验设备
• 5.3 实验材料
• 5.4 工艺参数的确定
• 5.4.1 加热温度的制定
• 5.4.2 变形量的控制
• 5.4.3 终轧温度的制定
• 5.4.4 冷却制度的制定
• 5.5 轧制实验
• 5.6 拉伸试验结果及分析
• 5.7 冲击实验结果及分析
• 5.8 冲击实验断口形貌及分析
• 5.9 显微组织及分析
• 5.9.1 金相组织及分析
• 5.9.2 抗大变形管线钢X70SEM照片
• 5.10 TEM微观结构分析
• 5.11 EBSD结果及分析
• 5.12 定量分析
• 5.13 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢