新型含Cu管线钢——提高管线耐微生物腐蚀性能的新途径

微生物腐蚀是造成管线材料破坏和失效并导致巨大经济损失的一个重要原因,发展具有耐微生物腐蚀性能的新型管线钢是从材料自身角度降低发生微生物腐蚀倾向的新途径,具有重要的科学意义和应用价值。在传统的管线钢化学成分基础上,通过适量的Cu合金化,在服役环境中发生的微量铜离子的持续释放会杀死细菌并抑制细菌生物膜形成,从而起到耐微生物腐蚀作用,这是提高管线钢耐微生物腐蚀性能的主要创新思想。本文通过总结当前管线钢的微生物腐蚀及其研究现状,提出了一种从材料角度防治微生物腐蚀的新方法。介绍了新型含Cu管线钢在合金设计、组织结构、力学性能、抗氢致开裂性能和耐微生物腐蚀性能方面的研究进展,重点介绍了含Cu管线钢在实验室条件下的耐微生物腐蚀性能研究结果,最后展望了新型含Cu管线钢的未来发展趋势。     

M/A组元对高强度管线钢抗H2S性能的影响

研究了两种X90级别具有针状铁素体组织结构的高强度管线钢的抗H2S性能。结果表明,具有大尺寸M/A组元的管线钢的抗H2S性能不佳,表现为随着实验条件的加剧,氢致鼓泡密度增加,氢致开裂(HIC)参数提高,硫化物应力腐蚀开裂(SSC)失效时间变短。通过对比两种钢中不同尺寸、不同体积分数M/A组元的差异,结合SEM对氢致裂纹扩展路径进行观察,解释了M/A组元对H2S腐蚀性能的影响及机理。控制M/A组元体积分数在8%以下和尺寸小于2μm将不会影响管线钢的抗H2S腐蚀行为。     

等温淬火对SIMP钢显微组织与蠕变性能的影响

SIMP钢是先进核嬗变系统(ADS系统)散裂靶用关键结构材料。本文过等温淬火处理来降低SIMP钢组织中大角度界面的数量,以达到提高材料蠕变性能的目的。采用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)表征了SIMP钢在等温淬火+回火与正火+回火两种热处理工艺下的显微组织的差异。经等温淬火处理获得的组织为上贝氏体,经正火处理获得的组织为板条马氏体。两种组织回火后继承了各自原始组织的形貌特征,但回火贝氏体组织中的大角度界面数量低于回火马氏体组织。600℃的蠕变性能试验结果表明,通过等温淬火+回火处理,SIMP钢的蠕变寿命较传统的正火+回火处理提高了约3倍。     

T/P91钢在高应力条件下蠕变行为的CDM模型模拟

通过对超临界火电机组用T/P91耐热钢的蠕变数据分析,探讨了T/P91钢在600℃下不同应力范围内的蠕变机制以及服役过程中的蠕变损伤.并使用基于材料物理本质建立的CDM(continuum damage mechanics)模型来模拟高应力范围内T/P91钢的蠕变曲线,将模拟结果与文献中的实验数据进行对比,表明模拟结果是可信的.     

热处理工艺对新型抗菌刀具用钢微观组织和性能的影响

以实验室研发的高碳高铬50Cr15MoV含Cu抗菌刀具用钢为研究材料,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度计研究了其在不同热处理工艺下的微观组织和力学性能变化,探索了50Cr15MoV含Cu新型刀具用钢最佳热处理工艺。结果表明,50Cr15MoV含Cu刀具用钢的硬度在正火温度低于1050 ℃时逐渐升高,高于1050 ℃后逐渐降低,并随着回火温度的升高而逐渐下降,同时,50Cr15MoV含Cu刀具用钢经过500 ℃时效30 min后,由于富Cu相的析出,获得良好的抗菌性能,因此50Cr15MoV含Cu刀具用钢最佳热处理工艺为1050 ℃正火保温30 min后油淬+200 ℃回火保温90 min后空冷+500 ℃时效30 min后空冷。     

针状铁素体管线钢的组织结构及其与力学性能的关系研究

基于控轧控冷工艺研究,在化学成分相同的超低碳微合金管线钢中获得了不同组成比的针状铁素体（AF）复相组织,探讨了其与力学性能的关系。结果表明：①降低终轧温度导致有效晶粒尺寸明显减小,冷却速度和模拟卷取温度的变化对有效晶粒尺寸影响不大;②降低终轧温度,提高冷速,会促进AF复相组织中粒状贝氏体铁素体（GF）、贝氏体铁素体（BF）等低温组织含量的增加,提高模拟卷取温度增强的析出强化效果不如降低终轧温度导致的AF低温组织含量提高和晶粒细化对强度提高的贡献大;③随着终轧温度的下降,大角度晶界含量先提高后降低,在相变点以上40℃附近达到最高值,大角度晶界含量越高,低温韧性越好;④当管线钢获得较高BF和GF含量、低的准多边形铁素体（QF）含量组成的细小AF组织时,综合力学性能优良。     

管线钢中针状铁素体的形成及其强韧性的分析

通过对一种商业用管线钢连续冷却相变曲线（CCT）的测定,研究了过冷奥氏体的相变规律。在分析显微组织形成规律的基础上,确定了能够在实验用钢中获得针状铁素体组织的控制热加工工艺（TMCP）制度,即制定两阶段多道次控制轧制和冷却速度为30℃/s控制冷却的工艺制度,并利用力学试验及微观分析手段,进一步分析了针状铁素体组织的微观结构特征和力学性能。结果表明,针状铁素体组织中彼此咬合的细小针状片条束、高密度位错和弥散析出相等微观结构特征对提高材料的强韧性具有重要作用。     

加速冷却对控轧管线钢组织和性能的影响

采用两种管线钢材料,通过再结晶区和未再结晶区的五道次变形将试样厚度从60mm轧为8mm。热轧后的试样进行水幕冷却,然后分别放置于500℃和400℃的加热炉中随炉冷却以模拟卷取。结果表明,对于两种管线钢材料通过适当的冷却工艺都可以得到以针状铁素为主的组织。     

热变形对超纯净管线钢组织的影响

研究了成分和热变形对三种低碳微合金管线钢的连续冷却转变(CCT曲线)和组织的影响．结果表明：在含碳量为0．025％的低碳微合金钢中加入0．3％的Mo能推迟铁素体、珠光体转变，扩大针状铁素体(Acicular fenite)形成的冷却速度范围；高碳含量使针状铁素体向板条铁素体(Lath ferrite)转化．热变形使针状铁素体的形成温度区间从400～500℃扩大到450～700℃，显著加速相变过程，使CCT曲线明显向左上方移动，获得针状铁素体的临界冷却速度增加，抑制板条铁素体的形成，有利于获得细的针状铁素体组织，并细化岛状组织，但对残余奥氏体量影响不大。     

管线钢疲劳特性研究进展

总结了国内外在管线钢疲劳特性研究方面的进展情况，介绍了在大气及腐蚀环境中管线钢疲劳行为的原因、影响参数。在这些研究结栗的基础上，提出了在我国现有实验条件下，研究X70及以上级别管线钢疲劳行为的具有可行性的方法，包括以较高的加载频率代替管线服役过程中的压力波动频率，以及用小尺寸疲劳试样代替全尺寸实物试验。