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。     

高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的防断选材及验收方法

 针对TMCP+T和QT 2种工艺生产的40 mm厚Q690qNH耐候桥梁钢板,分别采用GB/T 228.1—2010和GB/T 229—2020标准进行了纵向表面、1/4、心部和横向表面的室温拉伸试验和-120～+20 ℃系列温度夏比V型冲击试验;采用GB/T 5482—2007和GB/T 6803—2008标准进行了纵向表面、心部和横向表面的-120～+20 ℃系列温度动态撕裂试验和P2型的无塑性转变温度落锤试验;采用GB/T 21143—2014和Q/725-1182—2005标准进行了纵向的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验和全厚度深缺口宽板拉伸试验,并对各试验结果及其相关关系进行了分析,同时采用光学显微镜观察了2种工艺钢板不同厚度处的金相组织以及采用SEM扫描电镜观察了CTOD试样断口形貌,结合BS 7910的失效评定FAD图,以及典型桥梁焊接构件断裂驱动力的估算,对高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的防断选材及验收方法进行了讨论。结果表明,QT工艺钢板的横纵向和厚度方向的强度更加均匀,其塑性、冲击、动态撕裂、CTOD以及断裂韧度K_C等性能较好,可作为D级钢用于关键构件的使用,但作为E级钢,即使用于一般构件也存在风险,而TMCP+T工艺钢板断裂韧性较差,即使作为D级钢也是不符合防断选材要求的;对Q690qNH试验钢,采用1/4厚度处纵向冲击试验的脆性快速增加开始温度作为其防断判据及验收具有良好的可靠性和适用性,作为关键构件使用时,1/4厚度处纵向冲击断口纤维断面率应高于97.5%且冲击吸收功不低于125 J。     

不同冷却方式下X80M管线钢的组织演变

针对当前开发高强韧性、低屈强比管线钢的需求,利用光学显微镜和透射电镜,研究了4种不同冷却方式下X80M管线钢的组织性能演变。结果表明：轧后空冷钢板的屈强比较高,金相组织主要为PF+P,没有明显的亚结构,位错密度低,强度低,均匀伸长率好,但落锤性能差;轧后钢板弛豫至Ar₃温度以下,水冷前会先析出一部分PF,快速冷却过程中富碳奥氏体在更低温下会发生贝氏体转变,随着冷却速率的增大,组织形貌由块状演化为条片状贝氏体,由PF+B的双相组织构成,存在较高密度的位错,具有较好的均匀伸长率与硬化指数,该工艺适合抗大变形管线钢的生产;轧后钢板直接快速冷却至M_s温度以下,钢板强度高韧性好,但均匀伸长率与硬化指数下降,金相组织为典型AF+MA,该工艺适合常规高钢级管线钢的生产。     

大直径X90M管线钢的开发与试制

采用超低碳Mn-Mo-Ni-Cr-Cu合金设计和TMCP工艺,开发了板厚为16.3 mm和19.6 mm大直径(1 219 mm)X90M管线钢。结果表明,两种试验钢轧态性能较好,以细小粒状贝氏体+针状组织+细小弥散分布M-A岛的组织构成,具有较佳的强韧性匹配。屈服强度为603~641 MPa,抗拉强度为761~815 MPa,屈强比在0.81以下,-15℃冲击功大于300 J,-20℃落锤撕裂(DWTT)剪切面积大于85%;并且16.3 mm X90M韧塑性明显优于19.6 mm X90M;制管后随着扩径率的提高,强度与屈强比上升,同时均匀延伸率与低温韧性下降,但屈强比仍小于0.93,其均匀延伸率大于5%,且-15℃冲击功大于220 J。     

冷却工艺对抗大变形管线钢X70HD热涂敷性能的影响

抗大变形管线钢加热并保温一段时间后,钢管力学性能将发生变化,通常会有屈服强度、屈强比升高,均匀延伸率降低,应力—应变曲线形状改变等,这些性能变化将降低钢管抵抗变形的能力。利用扫描镜等设备研究了冷却工艺对21mmX70HD抗大变形管线钢组织、性能和应变时效硬化的影响。结果表明,随着开始冷却温度的降低,先共析铁素体含量逐渐增加,贝氏体组织含量逐渐降低,贝氏体的组织相态由粒状贝氏体逐渐向板条贝氏体转变。当开始冷却温度在700℃时,试验钢板具有最佳的综合力学性能。试验钢板制成1016mm钢管后,钢管在200℃时效保温5min下,纵向屈服强度Rt0.5为497MPa,抗拉强度Rm为695MPa,伸长率为41%,屈强比Rt0.5/Rm为0.72,Rt1.5/Rt0.5为1.24、Rt2.0/Rt1.0为1.09,均匀变形伸长率达到9.0%。     

应变时效对大口径X80管线钢拉伸性能的影响

将大口径X80管线钢试样拉伸至应变为0.5%~3.5%,卸载后分别进行室温及200,230,250℃时效处理,研究了拉伸预应变和时效温度对试验钢拉伸性能的影响;采用直缝埋弧焊在制管扩径率为0.5%~0.8%下对试验钢进行制管,研究了制管扩径率对试验钢拉伸性能的影响。结果表明:进行一定应变预拉伸+时效处理或制管扩径后,试验钢发生应变时效,其屈服强度增大,抗拉强度变化较小,屈强比增大;制管扩径率对屈服强度增量和屈强比增量的影响比拉伸预应变的更大;室温应变时效后,拉伸预应变是影响屈服强度和屈强比提高的主要因素;200~250℃应变时效对试验钢拉伸性能的影响比室温应变时效的大,200~250℃时效温度的变化对拉伸性能影响不大。     

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。     

低屈强比桥梁用钢Q420qE的研究与开发

采用中低碳+微合金设计,利用TMCP+回火工艺,开发了低屈强比的Q420qE桥梁用钢。利用扫描电镜(SEM)等试验手段,研究了试验钢力学性能和显微组织的关系。结果表明,中低碳成分条件下轧态均具有良好的屈强比,碳含量越低延伸性能越好,但是轧态组织中硬相组织如粒状贝氏体和M-A岛的存在不利于冲击性能的提高。回火处理会使轧态组织中第二相粒子析出,M-A岛软化分解,提高屈服强度,屈强比升高,冲击性能改善。低碳去B并添加适量的Cr-Mo成分,采用TMCP+中温回火处理,可使桥板获得良好的综合力学性能。     

X90级管线钢应变时效行为

针对高级管线钢应变时效问题,对X90级直缝埋弧焊管管体不同预应变及时效前后的组织和力学性能进行了对比,研究了应变时效对X90级管线钢组织和力学性能的影响。结果表明：不同应变时效前后X90级管线钢的显微组织和冲击韧性变化不明显;应变时效后拉伸曲线由拱顶型连续曲线转变为吕德斯型屈服曲线,屈服强度增加,屈强比升高;预应变量越大,屈服强度和屈强比升高越显著,且横向性能受到预应变量的影响比纵向要大,而200~250 ℃温度区间时效对屈服强度和屈强比影响较小。     

X70抗大变形直缝埋弧焊管的开发

针对基于应变设计地区管道建设,尤其是中缅管线项目所需的X70抗大变形焊管进行研究开发。采用铁素体＋贝氏体双相组织的高应变能力的钢板,结合新开发的制管工艺,使批量研制的X70抗大变形焊管具有良好的强度、均匀延伸率、应力比等优点。通过对制管前后的拉伸性能进行对比,发现大变形钢板制管后屈服强度、抗拉强度大幅提高,而均匀延伸率、应力比等指标有所下降;热时效试验表明,时效处理后钢管纵向屈服强度、抗拉强度均升高,而均匀延伸率、应力比等指标进一步下降。