多相组织X80管线钢的低温断裂行为研究

采用落锤撕裂实验研究了X80管线钢断裂行为与多相组织之间的关系。结果表明:X80管线钢的微观组织包括针状铁素体、粒状贝氏体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛,其中针状铁素体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛对管线钢低温断裂行为影响较大。低温撕裂断口主要包括裂纹起裂解理面、韧性断裂面、逆向解理面三大部分,随着微观组织中针状铁素体的增加和多边形铁素体、准多边形铁素体、马氏体-奥氏体岛的减少,断口中韧性断裂面积增加以及起裂解理面积、逆向解理面积减少。     

多相组织X80管线钢的低温断裂行为研究

采用落锤撕裂实验研究了X80管线钢断裂行为与多相组织之间的关系。结果表明:X80管线钢的微观组织包括针状铁素体、粒状贝氏体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛,其中针状铁素体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛对管线钢低温断裂行为影响较大。低温撕裂断口主要包括裂纹起裂解理面、韧性断裂面、逆向解理面三大部分,随着微观组织中针状铁素体的增加和多边形铁素体、准多边形铁素体、马氏体-奥氏体岛的减少,断口中韧性断裂面积增加以及起裂解理面积、逆向解理面积减少。     

高级别管线钢中几种常见带状组织浅析

通过光学显微镜和电子显微镜对管线钢中常见的带状组织形貌进行观察,发现低碳管线钢中通常含 有珠光体带、针状铁素体带、板条贝氏体带、先共析铁素体和贝氏体/马氏体带、MA带等。带状组织的形成与成分局部偏析和TMCP工艺关系密切,不同类型的带状组织形成的原因不同,同时对钢板的性能影响也不同,特别是对高级别管线钢的屈强比和落锤性能影响明显。本文结合工业生产的数据分析发现珠光体带和MA带是引起DWTT断口分离的原因之一;由于钢板终轧温度和入ACC温度偏低形成的多边形铁素体、针状铁素体、贝氏体/马氏体带以及因冷却速度过大形成的板条贝氏体带是导致屈强比超标的原因之一。     

EBSD技术在厚规格管线钢DWTT研究中的应用

利用电子背散射衍射(EBSD)技术和金相分析软件,结合DWTT性能测试,对3种厚规格X70管线钢板的微观组织、取向成像特点、有效晶粒尺寸和DWTT性能进行了分析。结果表明,3种管线钢的取向差分布均在2°~15°和47°~60°两区间,呈现"双峰"分布特点。铁素体基体与母相奥氏体间存在一定的取向关系是管线钢中晶界取向差"双峰"分布的主要原因。在针状铁素体或贝氏体为基体的显微组织中,引入适量细化的多边形铁素体可以降低其平均有效晶粒尺寸,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,反而会使有效晶粒尺寸增大。有效晶粒细化是提高试验钢DWTT断裂韧性的主要原因。     

大口径厚规格X80管线钢的低温断裂控制

以大口径(OD1422 mm)、大壁厚(38.5 mm)X80级管线钢热轧板为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和-20 ℃低温落锤撕裂试验断口形貌进行分析,研究了断裂与组织之间的关系。结果表明,带状组织和不同厚度位置晶粒度大小不均,粒状贝氏体、退化珠光体、准多边形铁素体和马奥岛等混合组织会导致裂纹的萌生和扩展,出现解理断裂,对低温韧性不利,而尺寸为3 μm以下的马奥组织和均匀分布的贝氏体铁素体对裂纹扩展起阻碍作用,说明细小的马奥组织和贝氏体铁素体能够提高钢板的断裂韧性,对低温断裂控制十分有利。     

X100管线钢焊接接头组织及力学性能分析

采用埋弧焊对X100管线钢板施焊,分析焊接接头组织及力学性能。结果表明:X100管线钢埋弧焊焊接接头焊缝区组织为针状铁素体(AF)、先共析铁素体(PF)、粒状贝氏体和部分镐牙状侧板板条铁素体(FSP);HAZ组织为粒状贝氏体和铁素体;焊接接头平均抗拉强度为796.3 MPa,与母材组织达到了等强匹配;冲击功平均为133 J,剪切面积百分比平均为72%。焊缝冲击断口为脆性断裂,河流状花样明显。Mg O、Al2O3夹杂物呈树枝状析出,引起了多个二次裂纹,降低了韧性。     

厚壁X70管线钢的组织和性能

借助TEM、SEM、EBSD等显微组织分析手段及力学性能测试,研究了深海用超厚规格X70管线钢板的显微组织与力学性能的关系。实验结果表明:为满足深海用厚壁X70管线钢对纵向变形能力及DWTT(落锤撕裂实验)断裂韧性的严格要求,组织设计可采用针状铁素体+多边形铁素体的双相组织方法。针状铁素体为硬相、多边形铁素体为软相的双相组织中,屈强比随多边形铁素体数量的增加而降低,增大铁素体晶粒尺寸也能降低材料屈强比;在针状铁素体为基体的显微组织中,引入适量的细化多边形铁素体还可降低其有效晶粒尺寸,提高材料DWTT性能,但多边形铁素体体积分数过多、晶粒尺寸过大时,平均有效晶粒尺寸增加,DWTT性能反而降低。     

X80管线钢连续冷却转变规律的研究

利用Gleeble2000热模拟试验机研究了X80管线钢在连续冷却条件下的组织变化规律,绘制了试验条件下X80管线钢的动态CCT曲线。结果表明,随着冷却速度的提高,X80管线钢组织由多边形以及准多边形铁素体逐渐转变为贝氏体类组织。实验室条件下X80管线钢以20~30℃/s冷却后的组织以细小均匀的针状铁素体为主,一定数量的细小M/A岛弥散分布于铁素体晶粒内的板条界上,这种组织结构有利于获得高强度和高韧性。     

回火温度对低碳贝氏体管线钢低温韧性的影响

通过力学性能测试和微观组织分析,研究了回火温度对低碳贝氏体X80管线钢组织及低温冲击韧性的影响。结果表明,低碳贝氏体X80管线钢在300℃回火2 h后达到最佳强韧性匹配,屈服强度在625 MPa,-40℃夏比冲击功为315 J,冲击断口呈现明显的韧性断裂形貌,-60℃夏比冲击功也达到了268 J。低碳贝氏体管线钢轧态组织以粒状贝氏体为主,经过300℃回火2 h后,组织与TMCP状态基本相似,仍保持粒状贝氏体组织,但是MA组元略细小;经过600℃回火2 h后,贝氏体出现粗化,并且出现多边形铁素体组织。低温韧性的改善是由于回火处理过程中富碳残留奥氏体发生转变,M/A组元由岛状转变为点状及细条状,粒状贝氏体晶间细化的M/A组元更好的阻碍了裂纹的扩展。     

回火温度对低碳贝氏体管线钢低温韧性和组织的影响

通过力学性能测试和微观组织分析,研究了回火温度对低碳贝氏体X80管线钢组织及低温冲击韧性的影响。结果表明,低碳贝氏体X80管线钢在300 ℃回火2 h后达到最佳强韧性匹配,屈服强度在625 MPa,-40 ℃夏比冲击功Akv为315 J,冲击断口呈现明显的韧性断裂形貌,-60℃夏比冲击功Akv也达到了268 J。低碳贝氏体管线钢轧态组织以粒状贝氏体为主,经过300 ℃回火2 h后,组织与TMCP状态基本相似,仍保持粒状贝氏体组织,但是MA组元略细小;经过600 ℃回火2 h后,贝氏体出现粗化,并且出现多边形铁素体组织。低温韧性的改善是由于回火处理过程中富碳残留奥氏体发生转变,M/A 组元由岛状转变为点状及细条状,粒状贝氏体晶间细化的M/A组元更好的阻碍了裂纹的扩展。     

典型国产管线钢的组织和力学性能

选取国内钢厂生产的X60、X70、X80和X100管线钢,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了上述管线钢的显微组织,采用拉伸、冲击、落锤试验方法检测和统计了其力学性能。结果表明:X60管线钢为多边形铁素体和珠光体的混合组织,X70、X80、X100为粒状贝氏体和多边形铁素体为主的混合组织,部分还含有少量珠光体;X70、X80和X100管线钢的综合力学性能明显优于X60管线钢,X70、X80和X100管线钢的强度依次增加而各级管线钢在-20℃冲击韧性的分布范围并未发生大幅变化;粒状贝氏体比珠光体-铁素体具有更优越的强韧化机制是促使X70、X80和X100管线钢获得更佳综合力学性能的重要原因。     

冷却速度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响

利用Gleeble 3500热模拟试验机,建立了X80管线钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线(SH-CCT曲线),采用金相分析、显微硬度测试和夏比冲击试验,分析了X80管线钢焊接粗晶区在不同冷却速度下的组织转变和性能变化规律.结果表明:当冷却速度低于0.3℃/s时,粗晶区组织为多边形铁素体和少量珠光体或粒状贝氏体的混合物,具有较好的冲击性能,但硬度较低;当冷却速度为0.3～2℃/s时,粗晶区中的粒状贝氏体和MA岛状组织增多,且晶界模糊,其冲击性能较差;当冷却速度在2～30℃/s时,热影响区组织以粒状贝氏体为主,MA岛状组织的形状和分布均匀,具有优良的冲击性能;当冷却速度大于30℃/s时,随着冷却速度的增加,粒状贝氏体的含量逐渐减小,而贝氏体铁素体的含量逐渐增多,硬度升高,冲击性能下降.     

控轧控冷工艺对X80管线钢组织和性能的影响

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不同工艺轧制的X80管线钢的显微组织和位错形态进行了观察和分析。利用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了X80管线钢的有效晶粒尺寸。比较和分析了4种控轧控冷工艺对钢板的组织和力学性能的影响。研究得出,采用奥氏体再结晶区控温轧制+未再结晶区近两相区轧制+轧后直接水冷工艺,得到的钢板的有效晶粒尺寸最小、力学性能最佳,其组织以粒状贝氏体为主,并伴有板条贝氏体铁素体、针状铁素体、准多边形铁素体以及少量M/A多相共存的复合组织,使试验钢获得了良好的强韧性匹配。     

热变形对低Mo管线钢X80显微组织和相变动力学的影响

在Gleeble-1500热模拟试验机上对低Mo管线钢X80进行了不同热变形条件下的压缩试验,分析了变形温度、变形量和变形速率对材料组织特征和相变动力学的影响,结果表明:随变形温度的降低,低Mo管线钢X80奥氏体(γ)晶界变得不明显,板条贝氏体(LB)变短且数量减少,变形温度对相变动力学的影响不大;随变形量的增加,板条贝氏体和粒状贝氏体(GB)减少而针状铁素体(AF)增多,板条贝氏体束(Bainite Packet)内的M/A岛尺寸减小且分布更加弥散化,相变动力学曲线右移;随变形速率的降低,奥氏体晶界的多边形特征变得不明显,板条贝氏体数量减少,M/A岛尺寸减小且分布弥散化,相变动力学曲线右移。     

高冷速下X80管线钢等温相变及高温卷取关键冷却工艺

采用高分辨热膨胀相变仪对高冷速下X80管线钢等温相变行为进行了研究,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对不同相变条件下实验钢微观组织、亚结构进行了表征。基于膨胀量变化规律及微观组织特征,讨论了不同等温相变条件下过冷奥氏体组织演变规律,并进一步给出了高温卷取关键冷却工艺。结果表明,在40℃/s冷却速率下,当等温温度由580℃降低至370℃时,实验钢相变开始温度为621.1～624.5℃;等温温度为580℃时,等温过程过冷奥氏体相变不完全,相变产物为针状铁素体(AF)+贝氏体铁素体(BF)+板条贝氏体(LB)的混合组织;当等温温度降低至510、440及370℃时,实验钢相变产物为AF+BF+M/A岛的复相组织,LB消失,且随着相变温度降低M/A岛体积分数及尺寸均减小。对于X80管线钢而言,需保证控制冷却过程中终冷温度低于510℃,在避免过冷奥氏体相变不完全现象发生的同时,使组织保持以AF+BF+细小M/A岛的复相组织特征。     

针状铁素体X65管线钢中MA岛结构表征及其对疲劳裂纹扩展的影响

利用聚焦离子束(FIB)刻蚀方法精确制备了针状铁素体X65管线钢的马奥岛(MA)薄膜样品，随后采用电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)对MA岛的亚结构进行了表征，并研究了MA岛在疲劳裂纹扩展中的作用。结果表明，针状铁素体X65管线钢中MA含量约为5.7%,MA岛主要弥散分布在晶界处，尺寸≤3μm。MA岛内部亚结构被马氏体和残留奥氏体分割为大小不等的块区，残留奥氏体与马氏体相互交错分布，一些区域马氏体与奥氏体存在共格关系。MA岛内部残留奥氏体与马氏体交错分布的特征对疲劳裂纹扩展具有显著的抑制作用，当疲劳裂纹扩展路径遇到MA岛时，主裂纹扩展方向发生偏折，并绕过MA岛，而支裂纹则被MA岛所捕获，停止扩展。     

X80管线钢双焊炬自动焊接头微观组织和力学性能研究

对准φ1219 mm×18.4 mm的X80管线钢进行全自动下向焊试验,采用双焊炬进行填充、盖面焊。对X80管线钢接头的组织和力学性能进行了分析。结果表明,热影响区粗晶区以粗大的板条状贝氏体铁素体(BF)为主,BF板条间分布有少量的M-A组元,硬度较高;细晶区组织主要是多边形铁素体(PF)和少量贝氏体(B),两者分布较均匀,硬度较小。外层焊缝组织主要是晶内形核的针状铁素体(AF);内层焊缝组织中除了有AF和PF外,还有少量粗大的镐牙状侧板条(FSP)铁素体析出;中部焊缝组织与外层焊缝的相差不大,只是晶粒更细小,析出物数量更多。在-20℃时,热影响区平均冲击功为181 J,断口呈韧性断裂;焊缝区的平均冲击韧性为157 J,断口为韧脆混合断裂,焊缝中形成的镐牙状侧板条铁素体及氧化物夹杂降低了韧性。     

X42QS管线钢表面氢鼓泡原因分析及热处理工艺改进

通过显微组织分析和工艺对比试验等对调质型X42QS管线钢在HIC检验过程中出现严重氢鼓泡问题进行研究。结果表明,X42QS淬火后仅在钢板表层获得板条贝氏体组织,在 650℃高温回火处理后,X42QS表层板条贝氏体转变成粗大的再结晶多边形铁素体,在HIC试验中沿粗大的铁素体晶界形成裂纹并扩展,最终导致严重的氢鼓泡问题。通过适当调整回火工艺,X42QS管线钢的氢鼓泡问题可以得到有效抑制。     

微观取向对X80管线钢动态冲击性能的影响

利用环境扫描电子显微镜及电子背散射衍射(EBSD)技术分析了X80管线钢的组织与微观取向的特点。探讨了取向对强韧性的影响。结果表明,针状铁素体和弥散析出的M/A岛组织对管线钢的动态冲击性能有利;小角度结晶比率越高、晶粒越细小,越有效地阻碍位错移动,使钢的抗裂性能提高;{112}<110>、{110}<110>织构是影响管线钢落锤撕裂(DWTT)性能的有利取向。     

控轧工艺对厚壁X70管线钢低温止裂性能的影响

针对壁厚33 mm、管径φ1 422 mm管线用X70钢板在-30 ℃下DWTT性能异常问题,利用扫描电镜和背散射电子衍射技术,分析了两种不同控轧工艺下X70管线钢板的微观组织、晶粒大小及取向等因素对其低温止裂性能的影响。结果表明:粗轧采用7道次,道次压下量21~35 mm,轧后冷却速率19.4 ℃/s的条件下,钢板可获得细小的多边形铁素体、针状铁素体、以及弥散分布的M/A岛组织;同时,由于采用大压下率,提高了钢板心部变形渗透能力,可以细化心部奥氏体晶粒,增加了心部大角度晶界比例;还有,由于钢板厚度方向晶界取向差接近且心部存在38.2%的大角晶界,均有利于提高管线钢板的止裂性能。