厚规格X80管线钢低温断裂行为研究EI北大核心CSCD

采用金相显微镜和扫描电子显微镜对厚规格X80管线钢微观组织和-25℃落锤撕裂试验断口形貌进行观察,研究了X80管线钢的断裂行为与组织之间的关系。研究发现,钢板从表面到厚度中心,针状铁素体体积分数逐渐降低,并出现较多的粒状贝氏体、多边形和准多边形铁素体。具有较高针状铁素体体积分数的钢板,其落锤撕裂剪切面积也越高,多边形和准多边形铁素体以及大尺寸MA岛的存在能够导致解理断裂的产生,不利于钢板的低温断裂韧性。在裂纹扩展的过程中,主裂纹附近组织出现变形,导致脆硬性的MA岛周围出现微孔,微孔与微孔之间随着组织变形相互连接而形成微裂纹。二次裂纹通常在针状铁素体周围出现转折或停滞,说明针状铁素体有利于阻碍裂纹的扩展,提高钢板的断裂韧性。     

厚规格X80管线钢低温断裂行为研究

采用金相显微镜和扫描电子显微镜对厚规格X80管线钢微观组织和-25℃落锤撕裂试验断口形貌进行观察,研究了X80管线钢的断裂行为与组织之间的关系。研究发现,钢板从表面到厚度中心,针状铁素体体积分数逐渐降低,并出现较多的粒状贝氏体、多边形和准多边形铁素体。具有较高针状铁素体体积分数的钢板,其落锤撕裂剪切面积也越高,多边形和准多边形铁素体以及大尺寸MA岛的存在能够导致解理断裂的产生,不利于钢板的低温断裂韧性。在裂纹扩展的过程中,主裂纹附近组织出现变形,导致脆硬性的MA岛周围出现微孔,微孔与微孔之间随着组织变形相互连接而形成微裂纹。二次裂纹通常在针状铁素体周围出现转折或停滞,说明针状铁素体有利于阻碍裂纹的扩展,提高钢板的断裂韧性。     

基于临界区加速冷却的(B+F)X80大变形管线钢的组织和性能研究

采用热模拟、力学性能测试和材料显微分析等试验技术,对X80管线钢在临界区加速冷却工艺下的组织性能变化规律进行了研究。结果表明,通过临界区加速冷却,X80管线钢可获得贝氏体+铁素体(B+F)双相组织。随着始冷温度的上升,试验钢的贝氏体含量增加,铁素体含量降低,导致屈服强度增高,塑性降低。当始冷温度为840℃时,显微组织以细小、多位向分布的贝氏体为主,辅以高密度位错的多边形铁素体。这种(B+F)双相组织使得试验钢的屈强比为0.80、均匀伸长率为10.0%、形变强化指数为0.12,满足了大变形管线钢的技术要求。     

超快冷对厚规格X80管线钢组织性能的影响

采用Gleeble试验机研究了厚规格(22mm)X80管线钢的动态相变行为,得到了动态CCT曲线,对不同冷却工艺钢的显微组织、力学性能以及析出行为进行了系统的对比分析。结果表明,在40℃/s的高冷速条件下试验用钢的组织为细小的板条贝氏体(LB),相变终止温度达到约400℃;在超快冷工艺条件下钢卷的强度有所提高,韧性没有明显的变化;其显微组织中准多边形铁素体(QF)的比例下降,板条贝氏体(LB)的比例上升,M/A岛的比例有所降低;轧后快冷可抑制奥氏体中的析出,提高Nb在铁素体中的析出比例,使析出粒子尺寸更加细小,提高析出强化效果。     

显微组织对X80钢氢致裂纹敏感性和氢捕获效率的影响

对以针状铁素体为主的X80管线钢进行不同工艺的热处理,分别得到具有多边形铁素体组织或板条马氏体组织的试样。研究了显微组织对不同试样在饱和H_2S环境中的氢致裂纹(HIC)敏感性和氢渗透行为的影响。结果表明:具有不同显微组织的X80钢其HIC敏感性从大到小的排序为:1水淬处理的板条马氏体组织试样,2空冷处理的多边形铁素体组织试样,3原始针状铁素体组织试样;氢在材料中的捕获效率是影响材料HIC敏感性的主要因素之一,渗氢通量J_∞、氢扩散系数D_(eff)越低,氢捕获效率越高,管线钢的氢致裂纹敏感性越高。     

Mg处理X100管线钢的焊接CCT曲线及其组织

采用焊接热模拟技术和显微组织分析等方法,对Mg处理X100管线钢在连续冷却转变下的显微组织的变化规律进行了研究。通过对Mg处理X100管线钢CCT曲线的建立和显微组织分析结果表明:对比焊接CCT模拟工艺和常规950℃保温的CCT工艺,前者AC1、AC3相变点要分别高于后者25℃,奥氏体晶粒显著大于后者,冷却相变点要低于后者50～80℃。在焊接热模拟工艺下,当冷却速度在0.1～3℃/s之间时,组织以准多边形铁素体(QF)和粒状贝氏体为主;在3～30℃/s的冷却速度范围,主体组织为粒状贝氏体(GB)和针状铁素体(BF);当冷却速度为30～50℃/s,组织以贝氏体铁素体(BF)为主;大于50℃/s的冷却速度,将形成马氏体(M)组织。     

X100级管线钢的动态塑性变形行为研究

采用原位拉伸扫描电镜试验对X100级管线钢的动态塑性形变行为进行观察,并运用EBSD微观取向分析技术对形变前后管体组织的取向变化进行分析。结果表明,X100级管线钢的微观组织由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成。在拉伸应力的作用下针状铁素体首先发生形变,随着应变的增加,针状铁素体形变累积到一定程度后,导致粒状贝氏体发生形变。针状铁素体边界和贝氏体基体上的M/A组织钉扎位错使变形不易发生。由EBSD取向可知,晶体在发生形变后轧面的{110}晶面方向沿拉伸形变方向转动。由扫描电镜照片观察到,在外加应力作用下,夹杂物成为微裂纹形核核心并随着外加应力的增加而扩展,最后连接,导致裂纹贯穿基体直至失效。     

高钢级管线钢的特征参量及其与强韧性的关系

利用力学实验及EBSD等微观分析手段,研究表征高钢级管线钢的特征参数,并探讨其对强韧性的影响.结果表明:在X70,X80高钢级管线钢中,C,Cu,Mn对材料的强韧性有重要的影响;其组织特征为针状铁素体、粒状贝氏体和少量下贝氏体组成;有效晶粒尺寸、组织均匀性、贝氏体含量是表征高钢级管线钢组织特征的重要参数;随着有效晶粒尺寸的降低、贝氏体含量的增加及组织的均匀性的提高,高钢级管线钢表现出更加优异的强韧性匹配特征.     

大变形管线钢中F/B多相组织应变硬化行为和应力比研究

采用TMCP工艺获得了5种不同贝氏体体积分数的铁素体/贝氏体(F/B)多相钢。通过纵向力学性能分析,并结合修正C-J分析方法研究了以F/B多相组织为特征的大变形管线钢的应变硬化行为,获得了F/B多相钢中贝氏体体积分数与应力比、屈强比的关系,并通过修正C-J分析对此现象的机理进行了合理的阐释。结果表明,大变形管线钢的弹性形变阶段主要对应修正C-J分析中的第I阶段,塑性形变阶段包括修正C-J分析第Ⅱ和第Ⅲ阶段,屈服点(应变0.5%)附近阶段可跨越第I和第Ⅱ阶段。F/B多相钢中各阶段的应变硬化能力存在显著差异,并且其应变硬化行为呈现出与贝氏体体积分数相关的特性。通过适宜的组织调控可以实现管线钢强度和塑性的最佳匹配。应力比Rt_(1.5)/Rt_(0.5)适宜用于表征管材屈服点附近的应变硬化能力,应力比R_(t2)/R_(t1)、R_(t5)/R_(t1)均适宜用于表征X70级管线钢塑性阶段应变硬化能力,R_(t2)/R_(t1)较适宜用于表征X80级管线钢塑性阶段应变硬化能力。     

冷却速度对低合金高强油罐用钢组织和硬度的影响

以含0.012Ti大型石油储罐用钢为研究对象,分析了不同冷却速度对石油储罐用钢显微组织和硬度的影响,结果表明在不同的冷却条件下,室温下得到的组织比较复杂,包含了多边形铁素体PF、珠光体P、退化珠光体PD、魏氏铁素体WF、块状铁素体BF、针状铁素体AF,粒状贝氏体GB、板条贝氏体LB、马氏体M及残余奥氏体等,相应的随着冷速的提高,硬度值明显增大。     

Relationship between microstructure and hydrogen induced cracking behavior in a low alloy pipeline steel

Hydrogen induced cracking(HIC) behaviors of a high strength pipeline steel with three different microstructures, granular bainite lath bainite(GB + LB), granular bainite acicular ferrite(GB + AF), and quasi-polygonal ferrite(QF), were studied by using corrosion experiment based on standard NACE TM0284. The HIC experiment was conducted in hydrogen sulfide(H_2S)-saturated solution. The experimental results show that the steel with GB + AF and QF microstructure present excellent corrosion resistance to HIC, whereas the phases of bainite lath and martensite/austenite in LB + GB microstructure are responsible for poor corrosion resistance. Compared with ferrite phase, the bainite microstructure exhibits higher strength and crack susceptibility of HIC. The AF + GB microstructure is believed to have the best combination of mechanical properties and resistance to HIC among the designed steels.     

X80管线钢焊接接头微观断裂行为的TEM原位观察

为了从微纳米尺度研究管线钢的断裂方式,通过透射电镜原位拉伸方法,从焊缝区和热影响区直接取样,直观测试了X80管线钢在晶粒尺度范围的裂纹生长、扩展等断裂过程和机理.研究表明:在原位拉伸过程中,晶内发射的螺型位错与刃型位错速率之比约为4∶1;晶界裂纹为不连续扩展,而裂纹在晶内沿其DFZ的方向萌生扩展,其扩展是连续的.在加载过程中,裂纹会越过晶界扩展,当裂纹越过大角度晶界时,裂纹扩展方向改变约为30°,扩展方式也会有所变化;当裂纹越过小角度晶界时,裂纹扩展方向不变,扩展方式也不变.     

Effect of controlled rolling/controlled cooling parameters on microstructure and mechanical properties of the novel pipeline steel

The study of controlled rolling/controlled cooling process parameters which affect the microstructure and mechanical properties of a novel pipeline steel has been optimized by the orthogonal experiment with four factors and three levels in this paper.However,the parameters of thermo-mechanical control process(TMCP)optimized by the Gleeble-3500 hot simulator could not satisfy performance requirements of the X100 pipeline steel.In order to improve the performance of this steel,the influence of finish cooling temperature(FCT) on the microstructure and property is studied in detail.It is found that,as this steel is thermo-mechanically treated by this set of parameters(the start heating temperature,finish rolling temperature(FRT),FCT and cooling rate of 1,180℃,810℃,350℃ and 35℃/s,respectively),the microstructures are mainly composed of granular bainite(GB)and acicular ferrite(AF).The effective grain sizes are below 20μm;the steel reaches the optimal balance between the strength and the toughness;the yield strength is 695 MPa;the tensile strength is 768 MPa;the elongation is 16.6%;the impact energy is 262 J at room temperature.All indexes could meet the requirements of X100 pipeline steel.     

焊接方法对X90管线钢焊接接头性能的影响

目前,关于焊接方法对X90管线钢焊接接头组织性能的影响相关报道较少。采用手工电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)3种焊接方法对X90管线钢进行对接焊。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊接接头及冲击断口进行显微组织及成分分析,分析了焊接方法对X90管线钢焊接接头组织性能的影响规律。结果表明:焊缝区组织主要为粒状贝氏体和针状铁素体;SMAW粗晶区组织主要为多边形铁素体、粒状贝氏体及M/A组织,GMAW和SAW粗晶区组织主要为粗大的铁素体、粒状贝氏体及板条贝氏体;3种焊接接头硬度分布趋势一致,盖面层硬度最高;SMAW、GMAW和SAW焊接接头抗拉强度依次为714,771,790 MPa,断后伸长率依次为23.3%,22.9%,20.0%;SAW与GMAW熔合线处20℃冲击吸收功比SMAW高约40 J,断裂机制为微孔聚集型,在韧窝底部有金属碳化物粒子析出。     

X70管道钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X70管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从获得的照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。试验结果表明:试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4mm、8mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.6°、11.3°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在4―25、4―10之间。     

The role of Cu and Al addition on the microstructure and fracture characteristics in the simulated coarse-grained heat-affected zone of high-strength low-alloy steels with superior toughness

The effects of Cu and Al addition on the microstructure and fracture in the coarse-grained heat-affected zone (CGHAZ) of high-strength low-alloy steels with superior toughness were studied and compared with the X70 pipeline base steel counterpart. The microstructure in base steel was dominated by a small fraction of acicular ferrite and predominantly bainite. However, acicular ferrite microstructure was obtained in Cu-bearing steel, which nucleated on complex oxide with outer layer of MnS and CuS because of Cu addition. The microstructure in Al-bearing steel consisted of bainite with ultrafine martensite–austenite constituent, which was refined by Al addition. CGHAZ in Cu-bearing and Al-bearing steels had superior impact toughness and ductile fracture, which were attributed to acicular ferrite and ultrafine martensite–austenite constituent, respectively.     

高钢级X100管线钢的组织与性能

本文利用光学显微康、扫描电镜、透射电镜等,对实验室TMCP工艺生产的X100管线钢的组织构成、微观结构、析出物的形态和分布等进行了研究。研究结果表明,X100为GB(GranularBainite)、BF(Bainite Ferrite)、M/A构成的复相组织,且各相比例和形态对性能影响较大,以GB为主的基体加上少量BF及弥散分布的细小M/A构成的组织具有较好的强度和韧性匹配。TEM微观形貌观察发现,贝氏体晶粒内部具有高密度位错和不同位向的板条束及M/A硬化相;萃取复形实验发现,X100中主要有两种类型的析出物:一类尺寸较大为Ti的析出,一类尺寸较小为Nb的析出物;这两种析出物起阻碍奥氏体再结晶和晶粒长大及析出强化的作用。     

X90高强管线钢的应变时效行为和敏感温度

用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察应变时效处理前后X90高强管线钢的微观组织和冲击断口形貌,进行拉伸实验和Charpy冲击实验测定其拉伸性能和低温冲击性能,研究了这种钢的应变时效行为。结果表明,X90高强管线钢对应变时效比较敏感,敏感温度点为423.15 K。在高于敏感温度点的温度进行时效处理后材料失去连续屈服和强化特性,拉伸曲线由时效前的“Round House”拱顶型转变成为吕德斯型屈服曲线。对于确定的时效时间(t_ag=5 min),随时效温度T_ag的提高X90钢的屈服强度R_p0.2、抗拉强度R_m和屈强比R_p0.2/R_m均呈现提高的趋势,均匀延伸率UEL、断裂应变ε_f、低温冲击吸收总功A_k、裂纹形成功A_i和裂纹扩展功A_p均呈现减小的趋势。时效处理前后这种钢的显微组织没有明显的差异,均为细小针状铁素体+多边形铁素体+板条贝氏体+M-A组元组成的复相组织。预应变和时效处理是管材发生应变时效的主要诱因,生产中可用柔性校平法取代刚性辊压校平法,多步渐进成型法取代一步螺旋成型法控制预应变量;另外,在保证防腐质量的前提下可降低防腐处理温度(小于423.15 K)以降低温度的影响。