HTP X70级热轧卷板的研究开发与应用

介绍了化学成分、轧制工艺对HTP X70级热轧卷板的性能影响,以及HTP X70级钢的应用情况。研究表明:低C－Mn－高Nb的HTP钢,随着Nb含量的增加,屈服强度、抗拉强度增加;在低C－Mn－高Nb的HTP钢成分的基础上,加入Mo或以Cr代Mo、以Cr部分替代Mo均可以提高钢的强度,但韧性下降;单独添加Mo,钢的韧性下降最少,其次为以Cr部分代替Mo的钢。随着终轧温度的降低,HTP X70级钢的强度、断裂韧性升高,与低Nb X70级钢相比,HTP X70级钢具有更高的冲击功。随着卷取温度的升高,强度升高,在600 ℃达到最高值;但是随着卷取温度的升高,断裂韧性下降。武钢已批量生产189 832 t HTP X70级钢,批量生产稳定。HTP X70级钢包辛格效应、冷变形导致管体屈服强度下降35 MPa,屈强比下降0.033,韧性下降近18 J,塑性下降3.5%;HTP X70级钢管管体性能、焊缝、热影响区的低温韧性优良。     

低温管线钢DWTT性能影响因素研究

DWTT性能是超低温服役管线钢管产品开发的关键技术难点之一。在实验室冶炼、轧制条件下,设计了5种不同成分的管线钢,分析研究了化学成分、卷取温度、冷却速度等因素对管线钢热轧板卷低温DWTT性能的影响。结果表明,w（C）=0.042%试验钢的DWTT性能显著优于w（C）=0.065%试验钢;添加Ni元素可有效提高试验钢的DWTT性能,并且添加Mo+Ni对珠光体的抑制作用优于添加Cr+Ni元素,可获得更好的DWTT性能;卷取温度从530 ℃降低至450 ℃,可有效细化显微组织,提高DWTT性能,效果比添加Ni元素明显;冷却速度从 18 ℃/s提高到28 ℃/s,亦可有效提高DWTT性能。基于研究结果,成功试制了Φ508 mm×11.13 mm规格的X56钢级低温服役HFW管线钢管,并表现出了优异、稳定的-45 ℃ DWTT性能。     

X80焊接热影响区组织与性能的模拟试验研究

针对X80管线钢焊接热影响区的软化与脆化问题,研究模拟焊接热影响区的组织性能分布规律,为X80管线钢化学成分及焊接工艺的优化提供技术参考;采用Gleeble3500热模拟试验机对三种不同化学成分的X80钢进行焊接热影响区模拟试验研究,分析焊接热循环峰值温度、冷却时间t8/5对显微组织、拉伸性能、维氏硬度、冲击韧性的影响规律。当峰值温度范围为800~1000℃,X80焊接热影响区的临界区和细晶区存在软化现象;随着冷却时间t8/5的增大,X80焊接热影响区的软化率和软化温度范围均呈增大趋势,X80焊接热影响区的临界区和粗晶区易出现脆化现象。合理设计X80管线钢的化学成分和原始显微组织,可有效减小焊接热影响区的软化与脆化趋势。     

微观组织对管线钢落锤性能的影响研究

为了提高输送管道安全性,保证管体开裂后材料具有一定的止裂能力,采用大能量摆锤冲击试验机研究了壁厚对X80管线钢 DWTT 剪切面积和能量密度的影响,并利用金相显微镜和透射电镜分析了带状组织、位错、组织均匀性等对 DWTT 性能的影响。结果显示,随着钢板厚度的增加,管线钢的韧脆转变温度升高,韧脆转变区的能量密度降低;高硬度粗大的M/A组织带会严重恶化DWTT 性能;而细小均匀的贝氏体组织使管线钢具有较高的 DWTT 性能。研究表明,优化连铸工艺减轻中心偏析,优化控轧控冷工艺以及消除钢板心部带状组织,提高钢板壁厚方向组织均匀性对改善厚壁管线钢低温落锤性能有显著作用。     

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。     

形变与残余应力对管线钢氢致开裂行为的影响

为探讨管线钢服役过程中和性能检验时引入的塑性变形及残余应力对钢的氢致开裂(HIC)敏感性行为的影响,选用低强度的X52钢和高强度的X80钢进行了试验研究,探讨了力学因素和焊接组织对管线钢的HIC敏感参数测试结果的影响,并利用电子探针分析了成分偏析对HIC成因的影响。结果表明,管线钢的HIC敏感性与显微组织、化学成分偏析及应力状态有密切的联系;钢的形变和残余应力状态对其HIC敏感性的影响依赖于钢的固有HIC敏感性大小,钢的固有HIC敏感性愈高,形变和残余应力的影响愈为显著;从钢管上直接取样进行HIC试验评价更能揭示管线钢固有的HIC敏感行为,采用机械展平法制备试样进行HIC敏感性检验则可能会引起误判后果,尤其是对于小口径管线钢。     

X120管线钢焊接热影响区组织与韧性

采用热模拟试验技术,研究了X120管线钢焊接热影响区的组织与性能变化规律,结果表明：在X120钢的焊接热影响区中存在两个脆化区,即焊接粗晶区和两相临界区。粗晶区随焊接热输入的增加,脆化有减弱的趋势。该钢采用低C、高Nb、微Ti复合成分设计,有利于抑制焊接粗晶区原奥氏体晶粒长大,但高的合金含量及B的添加增加了钢的淬透性,导致了粗晶区韧性的降低。沿原奥氏体晶粒形成的岛状组织是导致两相区韧性降低的主要原因。     

X70钢级厚板卷热连轧工艺探讨

对X70钢级厚板卷热连轧工艺进行了研究,结果表明：冷却速度、精轧压下量、轧制力的增加以及卷取温度的降低,均有利针状铁素体的形成和X70钢强韧性的提高,过高或过低的终轧温度均不利于针状铁素体的形成和钢的强韧性的提高。采取合理的热连轧工艺生产的X70钢,其组织以针状铁素体为主,强韧性优良,各项性能均满足“西气东输工程制管用热轧板卷技术条件”的要求。     

J55钢级焊接油套管用热轧钢带性能的探讨

根据生产实践探讨了焊接油套管对板材机械性能和化学成分的要求。指出热轧带钢合理的元素配比，良好的显微组织，优良的机械性能，精确的尺寸控制是生产优势油套管的前提所在：J55低C，Mn,Nb,V,Ti微合金化钢采用冶炼低C，低S，高纯净度钢技术，通过添加Nb,V,Ti等微合金元素控轧控冷，发挥晶粒细化和析出强化的作用。得到细晶粒的铁素体一珠光体组织，为焊接油套管的生产创造了良好的条件。     

J55钢纵剖钢带高频焊套管的研制

针对高频焊（HFW）套管用J55钢纵剖热轧钢带存在成分偏析,且钢带中心偏析较严重,制管后中心偏析带位于焊缝处,在线焊缝正火热处理后,焊缝热影响区偏析带上便出现条状马氏体的问题,在材料设计上通过降C、降Mn来减轻钢带中心偏析,加入微量Nb补偿因降C、降Mn而导致的强度损失,改善管加工工艺性能并防止粘扣。加入微量Ca净化钢液,促使MnS球化,提高材料的综合性能。研制出一种适用于高频焊J55钢级纵剖料用钢及符合API SPEC 5CT标准的套管。     

俄罗斯高强度管线钢焊接接头热影响区组织及性能研究

通过建立模拟焊接热循环的热力学和动力学(ТКД)模型,研究了X80,K70和X90三种强度级别管线钢焊接热影响区(HAZ)奥氏体相变,探讨了最高加热温度和冷却速度对焊接热影响区组织与性能的影响以及硬度与冷却速度的关系。研究结果表明:三种强度管线钢相比,X90钢中Ni,Cu和Mo含量较高,导致奥氏体相变温度降低,从而使组织硬度较高;当冷却速度超过35℃/s时,熔合线附近形成较高硬度的马氏体组织,焊接时X90钢中可能产生冷裂纹;建立焊接热循环的热力学和动力学模型法可用于预测大直径钢管焊接时热影响区不同部位组织的形成情况。     

焊接二次热循环峰值温度对X80级管线钢组织性能的影响

采用模拟焊接热循环的方法,研究了二次热循环对X80级管线钢焊接热影响区组织和性能的影响.结果表明,在双面焊和多道焊中,当焊接二次热循环峰值温度处于α γ两相区时,所试验的X80钢表现为局部脆化.此时形成的M-A组元含量、尺寸、硬度的变化是引起局部脆化的主要组织因素.     

西气东输二线国产X80螺旋埋弧焊管性能分析

简要介绍了国内外X80管线钢的应用情况,重点对西气东输二线工程用国产X80、1 219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管的化学成分、拉伸试验、冲击试验、DWTT等试验结果进行了统计分析。结果表明:其化学成分特点是低C高Nb,管体组织以粒状贝氏体为主,强度达到了X80钢级要求,且低温冲击韧性和DWTT性能良好,符合西气东输二线管道工程标准要求。     

石油套管用N80钢的研制

介绍了本溪钢铁公司和海特钢管厂联合研制石油套管用N80钢和ERW套管的情况。对研制的N80钢和ERW套管的化学成分、拉伸性能、冲击韧性、金相组织等进行了试验和分析。经中国石油天然气集团公司管材研究所评定,各项性能指标完全能够满足APISPEC5CT标准的要求。     

感应加热弯管用X80钢的组织性能研究

对鞍钢生产的X80感应加热弯管用钢的化学成分与力学性能进行了分析,采用高C成分设计,经典型的两阶段工艺轧制后,材料性能完全达到了标准要求;对其冲击断口形貌、显微组织、析出相及位错等进行了详细的研究。结果表明,采用高C成分设计的X80弯管用钢轧后可以得到以针状铁素体和粒状贝氏体为主的复合组织,析出相晶粒细小弥散,基体中具有高密度位错,性能完全满足标准要求。     

海洋环境服役高钢级管线管的组织与性能

通过试验测试研究了不同化学成分X65QO钢级海洋环境服役管线管的组织性能与焊接性。研究结果表明:采用低碳、降低P,S和Mn含量,可以减少成分偏析和MnS夹杂。添加适量的Cr,Mo和Ti等合金元素,保证钢管具有较好的强韧性、抗硫化物腐蚀开裂（SCC）和抗氢致开裂（HIC）性能,并改善了钢管的现场焊接性;在满足强度要求下,屈强比越低,伸长率越高,维氏硬度越小,越适合在具有腐蚀性、对钢管变形能力要求较高的海洋环境中使用。     

E355钢焊管裂纹失效分析及改进措施

针对汽车转向轴用E355钢焊管裂纹问题,通过金相组织分析和扫描电镜分析等试验方法对钢管进行了失效分析。分析结果显示,裂纹为沿钢管轴向裂纹,位于钢管外壁母材处,焊缝位置无开裂;焊管基体带状组织严重;原始裂纹处主要以铁氧化物为主,且O含量最高为14.42%,氧化程度较轻。研究表明,焊管基体带状组织严重是导致钢管裂纹的重要原因,建议从控制热轧酸洗板原料连铸板坯偏析缺陷着手,优化冶炼工艺,有效降低焊管裂纹缺陷。     

合金设计对高强HFW焊管用钢强度和韧性的影响

通过对0.08%～0.15%的C-Cr-Mo-B系以及0.15%～0.20%C-Cr-Mo系试验钢组织和性能研究,得到高强HFW焊管用钢合金设计的基本特征——低碳、超低碳的多元微合金设计,着重分析了C含量对组织和性能的影响以及Nb,Mo和B等元素的作用。结果表明,C含量对高强HFW焊管用钢的组织和性能有较大的影响,能够显著提高强度,但会使组织中具有较多的碳化物,对韧性非常不利;Nb,Mo和B等元素具有提高淬透性、实现固溶强化、析出强化和细化晶粒的明显作用。低碳设计是提高韧性的重要因素,通过优化合金设计可以得到P110和Q125高强韧性HFW焊管用钢。     

X80高强度管线钢的焊接工艺研究

介绍了俄罗斯某钢厂生产的X80高强度管线试验钢的化学成分及其力学性能,对该管线钢的焊接工艺(包括对其形成热、冷裂纹倾向)、组织硬度和焊接接头的冲击韧性等进行了研究。指出,采用X80高强度管线钢制作输气钢管是管道建设节约成本、提高效益的有效途径。研究完善的焊接工艺,包括选择合适的焊接接头近缝区冷却速度,是保证焊接接头性能和良好焊缝组织的关键。     

焊接预热温度对X80级管线钢组织性能的影响

通过焊接热模拟试验和冲击韧性试验,研究了不同预热温度对X80级管线钢组织性能的影响.结果表明,当焊接热输入为10 kJ/cm时,随着预热温度的增加,X80钢粗晶热影响区韧性有所增加;当焊接热输入为20 kJ/cm时,预热温度对韧性没有明显的改善;当预热温度超过150 ℃,已开始出现对韧性构成损害的块状铁素体和珠光体组织.