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行业技术|X100级管线钢的微观组织与力学性能的关系

   更新日期:2017-03-25     来源:建材之家    作者:博一建材    浏览:74    评论:0    
核心提示:石油天然气输送管道发展趋势是采用大口径高压输送石油天然气并选用高强度级别的管线钢作为输送管道,这样既能大幅度降低管道建设成本、节约工程造价,又能提高管道输送设计压力。继西气东输一线、二线工程后,为了实现我国的能源战略目标,各钢铁企业开始着手研发X100级及更高级别的管线钢。到目前为止X100级管线钢尚处于研发试制阶段,现有研究表明,其微观组织主要由粒状贝氏体(GB)+针状铁素体(AF)+M/A岛状

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博一建材讯:石油天然气输送管道发展趋势是采用大口径高压输送石油天然气并选用高强度级别的管线钢作为输送管道,这样既能大幅度降低管道建设成本、节约工程造价,又能提高管道输送设计压力。继西气东输一线、二线工程后,为了实现我国的能源战略目标,各钢铁企业开始着手研发X100级及更高级别的管线钢。到目前为止X100级管线钢尚处于研发试制阶段,现有研究表明,其微观组织主要由粒状贝氏体(GB)+针状铁素体(AF)+M/A岛状结构或下贝氏体(LB)+马氏体(M)+M/A岛状结构组成。API5L将X100级管线钢的性能指标值暂定为屈服强度690MPa(SMYS)和抗拉强度760MPa(SMTS)。国内关于X100管线钢的研究主要集中于管线钢的化学成分设计方面,采用相应地控轧控冷工艺(TMCP)或高温轧制工艺(HTP)得到力学性能满足要求的管线钢;国外的研究主要集中于X100管线钢的化学成分设计及其对微观组织的影响、板材轧制工艺参数。对于X100管线钢的微观组织及其对力学性能的影响方面还缺乏深入的研究,并且评价出具有良好性能的微观组织对轧制工艺的制定具有重要的指导意义。本文着重分析了国内外具有代表性的三家钢铁企业生产的X100级管线钢的微观组织的区别及其对力学性能的影响。

三种实验钢板的主要化学成分见表1。根据ASTMA370-2002和ASTMA370-2005标准在钢管距焊缝180°母材部位取横向拉伸和冲击试样,并在MTS810型拉伸机和JB-800型冲击机上进行试验。根据GB/T18658-2002(金属夏比冲击试验方法)取标准冲击试样,进行温度为20、0、-10、-20、-40和-60℃的系列冲击试验。落锤试样在管材距焊缝1/4部位取横向落锤试样(DWTT),试样尺寸为300mm×75mm×壁厚,缺口形式为标准压制V型缺口,实验设备型号为JL-30000,实验按API5L标准进行。试样经打磨抛光后,用2%硝酸酒精溶液侵蚀后进行金相和扫描电镜的微观组织观察。将透射电镜样品减薄至50μm以下,采用5%高氯酸无水乙醇溶液为电解液,在-20℃、50V下电解双喷减薄至穿孔,在JEM-200CX透射电镜下观察,工作电压为175kV。

表1 X100 级管线钢的化学成分(质量分数,%)

元素

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

Nb

Ceq

Pcm

X100-1

0.043

0.23

1.86

0.0084

0.0016

0.21

0.29

0.46

0.038

0.497

0.191

X100-2

0.064

0.095

1.69

0.0078

0.0023

0.024

0.27

0.2

0.042

0.436

0.187

X100-3

0.049

0.25

2.00

0.012

0.003

0.32

0.33

0.46

0.052

0.556

0.213

生产厂家应根据自身的条件严格控制钢中S、P含量,有利于提高管材的韧性和塑性及断后伸长率,并且S、P含量的降低能够显著提高管材的低温韧性。

采用控轧控冷工艺可获得微观组织为粒状贝氏体+针状铁素体+M/A岛组织的X100级高强度级别的管线钢。但在保证微观组织的晶粒度满足标准要求的前提下,在奥氏体再结晶温度区轧制时,通过反复再结晶使原奥氏体晶粒尽可能细化,同时降低终冷温度,保证针状铁素体和粒状贝氏体组织晶粒细小,分布均匀。

X100-2管线钢管体的冲击韧性值较高,且低温区间冲击韧度下降幅度较缓慢,表现了良好的抗起裂性能。在减小粒状贝氏体和针状铁素体晶粒尺寸的同时,降低层片状M/A岛组织在晶间的聚集分布,以进一步提高管体的塑性变形能力,改善其低温韧性。

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