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。     

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.     

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。     

外加电位条件下X100/X80管线钢的应力腐蚀行为研究

以X100、X80管线钢为研究对象，通过在外加电位条件下的慢应变拉伸速率试验(SSRT),获取管线钢材料在空气中和不同外加电位下的慢拉伸应力腐蚀的应力-应变曲线，分析其应力腐蚀敏感性可知：外加电位对X100和X80管线钢在3.5%NaCl中性溶液中的SCC敏感性和腐蚀开裂机理有显著影响。相同应力腐蚀条件下，X100管线钢的SCC敏感性相对于X80管线钢更低。结合断口微观形貌和极化曲线快、慢扫测试分析X100/X80耐腐蚀性能的特征和差异，可以得出X100和X80管线钢材料在不同外加电位条件下的应力腐蚀机理类型：当外加电位高于-395 mV时，金属处于活化溶解状态；当外加电位置于-395～-462 mV(X80钢)或-395～-504 mV(X100钢)时，机理为膜破裂-阳极溶解(AD)和氢致开裂(HIC)型；如果外加电位进一步降低，机理表现为氢致开裂型。     

离子渗氮X80管线钢表面的腐蚀行为

随着我国石油、天然气的大力发展,对高级别管线钢的耐蚀性能要求也越来越高。在不同温度下对X80管线钢进行离子渗氮处理,利用D/max-RB型X射线衍射仪、TESCAN VEGA3型扫描电镜观察、动电位极化曲线及阻抗谱测量,对比研究了X80钢及经离子渗氮后在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:当渗氮温度为550℃和600℃时,表层硬度约为X80管线钢的3倍;自腐蚀电流密度和自腐蚀电位显著提高,X80钢经离子渗氮处理后在表面形成了Fe4N层,能显著提高其耐蚀性。     

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。     

X80管线钢在模拟盐碱土壤介质中的电化学腐蚀行为研究

采用电化学测试、扫描电镜、表面能谱分析及X射线衍射等方法,研究了原始态与退火处理态的X80管线钢在模拟盐碱土壤介质中的电化学腐蚀行为与机理,分析了热处理和腐蚀时间等因素对X80钢极化曲线的影响.结果表明:退火态X80钢耐蚀性低于原始态,这主要与X80钢组织因热处理发生改变有关;随着浸泡时间的增加,两种状态X80钢总的腐蚀速率呈增大趋势,点蚀敏感性增加,阴极过程均为氧的活化控制;腐蚀产物主要由FeOOH(表层)和Fe3O4(内层)组成,而腐蚀产物膜的完整性和致密性影响了X80钢表面的腐蚀行为与过程,使管线钢表面的局部腐蚀破坏程度增加.研究还发现Cl-对X80钢的腐蚀起主导作用.     

X80管线钢中微观组织非均匀性对残余应力影响的实验研究

目的 从微纳尺度研究X80管线钢微观组织的不均匀性对残余应力分布及释放过程的影响。方法 为了突出微观组织的非均匀特征,将X80管线钢升温到固溶温度(1 200 ℃)后随炉冷却,得到由大量多边形铁素体(PF)和退化珠光体(DP)构成的显微组织。以腐蚀后的自然形貌为散斑模型,采用聚焦离子束技术在不同微观组织内部进行环芯槽的铣削加工,并获取芯柱表面的变形图像,最后通过数字图像相关方法计算芯柱表面的应变演化。同时,利用纳米压痕技术测试不同区域的弹性模量,结合弹性理论计算分析不同组织内部的微观残余应力。结果 微观结构的不均匀性直接影响了残余应力的分布及释放路径。DP组织中的von Mises平均应变约是PF区域的2倍,残余应力主要存在于作为软质相的铁素体基底中。纳米压痕实验结果表明,DP中弹性模量的浮动比PF的更加剧烈。不同铣削深度下的残余应力呈现出非线性特征。当铣削深度达到1.1 μm时,PF和DP区域松弛释放的残余应力分别为232.6 MPa和385.2 MPa。结论 在微观尺度上,不同组织内的残余应力状态存在差异。微观组织在碳化物、结构形貌等方面的非均匀性将引起表面残余应力的梯度分布。     

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。     

马钢X80管线钢的开发

本文对马钢生产的XSO管线钢的力学性能和显微组织进行了研究。通过对X80管线钢试样进行了力学性能测试和显微组织观察。结果表明,马钢生产的X80管线钢显微组织为针状铁素体为主,力学性能优良、均匀,屈服和抗拉强度分别在565MPa和660MPa以上;低温冲击韧性优异,满足了西气东输二线标准对X80管线钢的质量要求。     

X80级管线钢落锤撕裂试验及其断口分析

通过对X80级管线钢进行落锤撕裂试验(DWTT),分析了试验温度对DWTT断口形貌的影响以及DWTT异常断口的形成原因.结果表明:异常断口出现的温度区间始终在85％剪切面积对应的温度附近,异常断口试样锤击侧厚度方向变形很大,断口有明显的分层现象.     

X100管线钢焊接接头组织对其断裂性能的影响

通过调整焊接线能量研究了X100管线钢CO2气体保护药芯焊焊接接头的组织及其对维氏显微硬度和断裂韧性(CTOD)的影响规律.结果表明:和15kJ/cm焊接线能量相比,30kJ/cm线能量下焊接接头的显微硬度较低,粗晶区的断裂韧性也较低,其主要原因是30kJ/cmm焊接线能量下组织中的贝氏体含量减小使得材料强度降低.     

X80管线钢中非金属夹杂物的检验及其对钢性能的影响

根据GB／T10561--2005并结合检验实例,介绍了X80管线钢中各种非金属夹杂物的形态及其特征;并分析了夹杂物对钢性能尤其是焊接性能的影响。结果表明：X80管线钢中含有GB／T10561--2005中规定的A,B,C,D及DS各类夹杂物;钢中的夹杂物除了对力学性能和耐腐蚀性能有影响外,对X80管线的钢焊接性能影响也较大。     

X80管线钢埋弧焊接头冲击韧性及其断口形貌分析

对X80管线钢埋弧焊焊接接头进行了-80～20℃温度范围的夏比冲击实验。测试了其冲击吸收功和脆性断面率,用扫描电镜观察了其断口形貌,分析了焊接接头断裂形式和断口形貌,讨论了焊接接头的韧脆转变温度和冲击断裂的力学行为。结果表明,室温时断口为韧窝状分布,焊接接头的韧脆转变温度为-28℃;断口形貌由韧性断裂向脆性断裂转变,断口主要表现为解理断裂。     

预变形对X90管线钢显微组织和力学性能的影响

采用拉伸试验、冲击试验、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度测试仪等研究了0.5%~6%预拉伸变形对X90管线钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着预拉伸变形量的增加,X90管线钢晶粒增大,位错塞积导致强度增加,均匀延伸率下降,呈现典型的加工硬化特点,抗拉强度的增幅要小于屈服强度,屈强比增大;随着变形量的增加冲击吸收功逐渐由291J减小至235J,冲击试样断口的韧窝减小,伴随第二相粒子析出;显微硬度中间层较边缘区增加少,预拉伸在6%时边缘显微硬度为325HV。X90管线钢的预拉伸在4%以内能保证管线钢的正常服役。     

高钢级管线钢X80的研制与发展

高钢级、大管径已经成为油气输送钢管发展的总趋势.对国外X80管线钢的研制和应用情况进行了总结,介绍了现行几种X80钢管的国际标准以及国外X80钢的实物水平,并对当前国内管线钢的研发现状进行了分析,同时介绍了国内X80管线钢的开发计划和进展情况.     

X80钢在霍尔果斯水饱和土壤中的短期腐蚀行为研究

采用电化学测试、SEM及EDS微观分析等方法,研究了X80管线钢在霍尔果斯水饱和土壤中的短期腐蚀行为.结果表明,在霍尔果斯水饱和土壤中,随着腐蚀时间的增加,X80钢腐蚀速率的变化趋势为快速增大-急剧减小-缓慢增大,但腐蚀趋势增加,钢基体表面由以全面腐蚀为主转为以局部为主;腐蚀产物主要由铁的氧化物和铁的硫化物组成;X80...     

X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的电化学腐蚀行为

X80管线钢在油气输送中广泛使用,而对其在土壤溶液的腐蚀情况研究尚不够系统、深入.为此,采用电化学测试、扫描电镜观察、表面能谱分析及X射线衍射等方法,研究了原始态与退火处理态的X80管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中的电化学腐蚀行为与机理,分析了热处理和腐蚀时间等因素对X80钢极化曲线的影响.结果表明,退火态X80钢的耐蚀性低于原始态,这主要与X80钢的组织因热处理而发生改变有关;随浸泡时间的延长,两种状态X80钢总的腐蚀倾向均增加,但原始态时的腐蚀速率呈增大-减小-增大趋势,退火态时的腐蚀速率则呈增大趋势;腐蚀产物主要由FeOOH(表层)和Fe3O4(内层)组成,而腐蚀产物膜的完整性和致密性影响了X80钢表面的腐蚀行为与过程,使管线钢表面的局部腐蚀破坏程度增加.研究还发现Clˉ对X80钢的腐蚀起主导作用.     

X70针状铁素体管线钢中的析出行为研究

利用透射电镜和X射线能谱研究了Nb-V-Ti微合金X70针状铁素体管线钢中析出物的形貌、结构和化学成分.观测结果表明所研究钢中的析出物可分为两大类:一类为高温析出的尺寸较大的复合析出物,尺寸较大的方形TiN粒子为复合析出物的核心,而含Nb的尺寸较小的析出物附着在其一侧或多个侧面生长.在较低温度下,Nb的碳化物和(或)碳氮化物在位错和亚界面上非均匀形核析出,尺寸较小,外貌呈球形.根据钢的化学成分、热力学和X射线能谱分析认为,NbC粒子是本工艺条件下所研究的Nb-V-Ti微合金X70针状铁素体管线钢中的主要析出相.     

Cl~-和应力对X80管线钢电化学腐蚀行为的影响

目前,对于Cl~-和应力同时作用时钢铁腐蚀行为及机理的研究不多。采用动电位极化和交流阻抗谱,研究了Cl~-和应力对X80管线钢在高pH值溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:Cl~-对X80管线钢的钝化行为有显著影响,当Cl~-浓度小于0.10 mol/L时,X80管线钢表面会形成稳定的钝化膜,当Cl~-浓度大于0.10 mol/L时,则不会形成稳定的钝化膜。在自腐蚀电位下,少量的Cl~-可增加X80管线钢的腐蚀倾向,但大量Cl~-可降低其腐蚀倾向。外加应力使交流阻抗谱低频区出现第二段容抗弧,并且提高自腐蚀电位下X80管线钢的溶解速率。