
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文檔簡(jiǎn)介
1、近年來(lái)石油、天然氣輸送管道建設(shè)對(duì)管線鋼強(qiáng)度、低溫沖擊功、氫致裂紋(HIC)性能、硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)性能及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)性能等要求越來(lái)越高,提高X80及以上等級(jí)管線鋼強(qiáng)韌性成為鋼鐵材料研究領(lǐng)域所關(guān)注的問(wèn)題。本文系統(tǒng)研究了X80及以上等級(jí)管線鋼強(qiáng)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(duì)針狀鐵素體型X80管線鋼強(qiáng)韌性的影響;在實(shí)驗(yàn)室條件下,進(jìn)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(jí)管線鋼提供理論和實(shí)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(shí)驗(yàn)鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的溫度提高,溫度范圍縮小,動(dòng)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(lái)確定變形溫度及應(yīng)變速率對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響,得到X80及X100實(shí)驗(yàn)鋼的再結(jié)晶激活能。采用周紀(jì)華公式的模型結(jié)構(gòu),對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行
3、非線性回歸,得到公式中的回歸系數(shù),回歸值與實(shí)測(cè)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(duì)于靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,并最終獲得X80及X100實(shí)驗(yàn)鋼奧氏體靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程。
(2)通過(guò)奧氏體相變行為的研究,得到了高鋼級(jí)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(kāi)始及結(jié)束溫度較低,動(dòng)態(tài)CCT曲
4、線表明,變形導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)鋼中多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)間擴(kuò)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(xì)小。
(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(shí),綜合力學(xué)性能良好。短時(shí)間弛豫,產(chǎn)品強(qiáng)度下降,DWTT性能沒(méi)有明顯改善。相互臨近的夾雜物促進(jìn)了二次裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)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(dāng)裂紋擴(kuò)展至M-A島處時(shí),裂紋出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)折,導(dǎo)致裂紋擴(kuò)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了Nb-Mo復(fù)合成分設(shè)計(jì)的X100管線鋼控制軋制,實(shí)驗(yàn)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(xué)性能良好的鋼板;采用高Nb成分設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)鋼為例,通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、亞晶強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制,經(jīng)理論預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度為764MPa,與實(shí)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(xì)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(shí)驗(yàn)鋼中,隨析出物尺寸增加,Nb/Ti增加,形狀趨于規(guī)則。
(5)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了X120管線鋼的軋制實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到890MPa,抗拉強(qiáng)度為1009MPa,延伸率為17.2%,-20℃夏比平均沖擊功達(dá)到203J,綜合力學(xué)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(shí),落錘撕裂面積達(dá)到85%以上。實(shí)驗(yàn)鋼終軋溫度為760℃時(shí),由于接近于該實(shí)驗(yàn)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(shí),實(shí)驗(yàn)鋼綜合力學(xué)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(xì)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(zhǎng)條狀演變?yōu)辄c(diǎn)狀或球狀。當(dāng)實(shí)驗(yàn)鋼回火溫度由350℃提高至650℃時(shí),
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