X80管线钢的韧性研究

论文摘要

大口径、高压、高密度输送使石油天然气管线不断向更高钢级发展。随着管材强度级别的提高,对管材的韧性要求也进一步提高。本课题旨在探索出轧制工艺和合金成分因素对X80管线钢韧性的影响机制,获得工业生产高韧性的X80管线钢的稳定的工艺、组织和成分。研究了不同铌含量在X80钢中的作用,随着铌含量升高,最终组织的晶粒尺寸越来越细小,先共析铁素体越来越少,组织越来越均匀。冲击功越来越高,冲击韧性呈现提高的趋势。研究了X80管线钢中铌在控轧和控冷中的析出行为以及第二相粒子析出对韧性的影响规律。析出粒子主要以两种形式存在,一种是在高温下尺寸较大的铌、钛复合粒子,立方形的TiN粒子先析出,随后铌的碳氮化析出物将包裹在TiN外面并以其为核析出：另一种是在较低温度条件下析出的近似球形的NbC粒子,变形过程中在晶内的位错和亚晶上析出。研究不同钼含量在X80钢中的作用,钢中添加0.21%的钼时,奥氏体转变后形成的铁素体晶粒比不含钼钢要细小。钢中钼含量增加到0.29%时,组织中针状铁素体的量明显增多,钢的组织以针状铁素体为主。随钼含量的增加-20℃冲击韧性值呈上升趋势。进一步增加钼含量,可见到明显的贝氏体束和马-奥岛组织,钼含量增加到0.41%时,马-奥组织数量进一步增多,随钼含量的增加-20℃冲击韧性值呈下降趋势。由此得出低碳-锰-铌系X80试验钢中,钼合金的合适添加量为0.20%～0.30%。研究轧制制度对韧性的影响。对第一阶段轧制设计了900-950℃,950-1000℃和1000-1050℃的变温变形进行试验轧制,试验结果表明,第一阶段轧制温度在900-950℃时出现了严重的晶粒尺寸不均匀现象,在1000-1050℃时,再结晶晶粒出现了长大现象。它们都会对韧性有不良的影响,950-1000℃温度区间是较好的第一阶段轧制温度区间。研究了冷却制度对韧性的影响。根据加速冷却对钢在TMCP过程中组织与性能的影响,提出以加速冷却方式改善X80管线钢韧性的方法。适当提高冷速后,基体中高碳高硬度的M-A组元明显减少,并被韧性的残余奥氏体薄膜所取代；而在极高的冷速下得到粗大的贝氏体束组织,韧性反而下降。在600℃以下的贝氏体相变区选择20℃/s左右冷却速度,使材料获得良好的中温转变组织,是提高管线钢韧性的简单而有效的途径。分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因。提出了对DWTT异常断口的评价方法。研究了DWTT试样断口的分层裂纹及其对断裂的影响,并且对对三角形断口和线性断口提供评价建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 管线钢的研究概况
• 1.2.1 国外管线钢的开发与使用概况
• 1.2.2 国内管线钢的开发与使用概况
• 1.3 本论文的研究目的和研究内容
• 第二章 合金元素对X80韧性的影响
• 2.1 X80管线钢组织与相组成
• 2.2 试验材料和试验方案
• 2.2.1 研究铌含量对韧性影响
• 2.2.2 研究钼含量对韧性影响
• 2.3 试验结果
• 2.3.1 韧性随铌含量变化规律
• 2.3.2 韧性随钼含量变化规律
• 2.4 试验分析
• 2.4.1 铌元素对韧性的影响
• 2.4.1.1 铌对晶粒细化的影响
• 2.4.1.2 铌对析出行为的影响
• 2.4.2 钼元素对韧性的影响
• 2.4.2.1 钼对针状铁素体组织的影响
• 2.4.2.2 钼对M-A组织的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 工艺对X80韧性的影响
• 3.1 试验材料和试验方案
• 3.1.1 研究轧制制度的影响
• 3.1.2 研究冷却制度的影响
• 3.2 试验结果和分析
• 3.2.1 轧制制度对X80管线钢韧性的影响
• 3.2.2 冷却制度对X80管线钢韧性的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 DWTT异常断口和分层裂纹评价
• 4.1 异常断口的出现与冲击韧性的关系
• 4.1.1 试验方法及试验过程
• 4.1.2 典型断口
• 4.1.3 异常断口的不同形式
• 4.1.4 对异常断口评价方法的建议
• 4.2 分层裂纹的出现与冲击韧性的关系
• 4.2.1 分层裂纹的产生
• 4.2.2 分层裂纹对主裂纹的影响
• 4.2.3 对不同分层裂纹的评价建议
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢