X80高屈强比管线钢性能分析与管道安全性预测

测出X80等5种材料常规机械性能及名义应力屈强比σs/σb和真实应力屈强比Ss/Sb。比较发现Ss/Sb较σs/σb小13%,表明高强度、高屈强比X80钢屈服后塑性变形裕度仍较大。还测出材料静力韧度、冲击韧性及断裂δR阻力曲线,并应用于X80钢管线安全性预测,可以认为,高屈强比对结构安全性的影响并非如通常认为的那么严重。最后讨论了屈强比对硬化指数n的影响。     

X80管线钢真实应力屈强比的测定及对管线安全性的影响

试验测算出X80、X65、X60、X46、Q235等五种材料的名义应力屈强比σs/σb和真实应力屈强比Ss/Sb及硬化指数n.比较发现,Ss/Sb值较σs/σb值小约13%,表明X80等高强度、高屈强比材料在屈服后真实塑性变形裕度仍较大;管线钢n对σs/σb的变化也并不敏感.由此认为,屈强比对管线结构安全性的影响并非如通常认为的那么严重.     

提离值对X80钢磁力信号的影响

金属磁力检测技术是一种对铁磁材料进行早期损伤检测的无损检测方法,在金属损伤的磁力检测中,提离值对金属磁力信号有显著的影响。为了深入研究这种影响的规律,获得高质量的信号特征以定量评估提离值与损伤处的磁力信号的关系,以X80管线钢为研究对象,通过自行搭建的磁力检测模拟系统,不断改变探头的提离值,研究磁力信号的变化规律。结果表明,磁力信号与提离高度成负相关,当提离高度达到一定值时,磁力信号不再发生变化,且接近地磁场的磁场强度;磁力信号的峰值位置没有随着提离高度发生显著变化。由此得出:金属磁力检测探头的提离值影响磁场强度的大小,但对应力集中区域的判断影响较小.     

X80M钢热轧板卷冲击性能不合格的原因分析

采用力学性能试验、化学成分分析、金相检验、能谱分析及冲击断口形貌观察等方法,分析了X80M钢热轧板卷冲击性能不合格的原因。结果表明:冲击性能不合格是因为板卷中存在严重的带状组织,该组织是以板条马氏体为主的脆性组织,存在明显的锰、硅元素偏析,它是冲击时的起裂源;带状组织中存在较多铌和钛的碳氮化物夹杂物,夹杂物呈方形,最大尺寸达到13μm,进一步降低了冲击韧性;解决或减轻带状组织的最有效手段是在板卷生产时减少或消除铸坯中的枝晶偏析程度。     

X80钢与35CrMo钢的焊接工艺研究

通过对X80钢与35CrMo钢焊接性的研究,制定了焊接工艺方案.采用钨极氩弧焊根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面.研究结果表明,提出的焊接工艺符合相关技术标准要求,在隔水管制造中可以进行实际焊接.     

淬火温度对X80CrVMo13-2刃具钢的淬火组织性能的影响

为了获得德产刃具钢X80CrVMo13—2的最佳淬火工艺，试验了不同淬火温度对组织性能的影响。研究发现在1100℃淬火时硬度可达到最高值HRC60，在这种情况下碳化物分布最合理。     

显微组织对X80管线钢冲击性能的影响

利用光学显微镜、透射电子显微镜、落锤冲击试验机等研究了具有不同显微组织高温轧制X80管线钢的冲击性能,并分析了不同显微组织中析出物的成分及尺寸。结果表明:具有针状铁素体和多边形铁素体的X80管线钢较粒状贝氏体钢铁具有更高的冲击功和断面纤维率,且二者都具有较高的裂纹扩展功,三种显微组织X80管线钢的析出物尺寸均主要集中在50~140 nm,其产生的析出强化作用对韧性损害较小;综合考虑强度及韧性的要求,对开发高温轧制22 mm厚的X80管线钢来说,宜采用针状铁素体组织。     

西气东输二线管道工程用X80钢级热轧板卷性能分析

对应用于西气东输二线管道工程的典型X80钢级18．4mm×1550mm板卷的化学成分、拉伸性能、冲击性能等试验结果进行了分析。结果表明：板卷的强度分布表现出各向异性,即与板卷轧制方向成90°方向的强度最高,而沿板卷轧制方向、与板卷轧制方向成60°以及与板卷轧制方向成30°方向基本上相差不大,均相对较低,冲击性能和落锤撕裂性能良好。     

长输管线X80钢管道的焊接

X80钢属于针状铁索体(贝氏体)超纯净、超低碳型管线钢,碳含量在0.02～0.05％,硫含量不大于0.05％,由于含碳量较低,所以其淬硬倾向不大,但由于钢材的强度级别较高,在焊接时具有一定应力,因此,需要采取预热处理.正确选取焊接材料等措施来防止冷裂纹的产生,并且采用高匹配进行焊接,使焊缝具有更高的韧性以防止缺陷.     

X70和X80钢螺旋焊管母材的低温韧性

对X70和X80钢螺旋焊管母材的低温夏比冲击性能和落锤撕裂试验(DWTT)性能进行了对比研究。结果表明:两种钢管母材横向试样的低温韧性均比纵向试样的好,X70钢管母材的韧脆转变温度低于X80钢管母材的;当试验温度在-20℃以上时,两种母材的冲击断口剪切面积比都在95%左右,为韧性断裂,低于-20℃时,随温度的降低,两种母材夏比冲击功的下降幅度远大于剪切面积比的下降幅度;母材的低温韧性受试验方法的影响很大,DWTT测得的韧脆转变温度远高于夏比冲击试验的。     

X80钢级B型套筒修复对油气管道材料性能和承载能力的影响分析

结合X80钢级B型套筒的应用工况在不同条件下提取试样进行试验分析,发现在不同的焊接速度下,焊缝层高和热影响区深度随着焊接速度的提高呈下降趋势,焊缝的塑性随着焊接速度的提高整体呈现下降趋势,使用CHE507GX型号焊材以9 cm/min的速度完成的焊缝在抵抗塑性变形能力上具有一定优势;当管材加热温度大于450℃后材料的屈服强度和抗拉强度低于标准要求的555 MPa和625 MPa,且温度在大于700℃后材料强度显著降低,承载能力大幅下降。结合X80钢级B型套筒在用于油气管道缺陷修复时对管道材料性能和承载能力的影响分析,可为B型套筒焊接工艺规程的制定和B型套筒的实际应用提供相应的理论支持。     

卷取温度对X80管线钢组织和性能的影响

在实验室450 mm轧机上用控制轧制和控制冷却的方法制备了X80管线钢板,采用光学显微镜、透射电镜和力学性能试验机等研究了卷取温度对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:当卷取温度在463～597℃范围内变化时,随着卷取温度的升高,该钢组织中针状铁素体含量增加,M-A岛更细小均匀,显微组织明显细化;在597℃卷取时,该钢的屈服强度达到650 MPa,抗拉强度达到790 MPa,伸长率达到30%左右。     

X80钢铜衬垫自动焊外根焊接头的组织与性能

采用铜衬垫自动焊外根焊工艺对X80钢进行焊接,研究了焊缝成形质量以及粘铜区域和未粘铜区域的铜含量、显微组织及力学性能。结果表明：焊缝成形良好,未发现裂纹、未熔合等缺陷。未粘铜区域的铜含量与母材一致,粘铜区域的铜质量分数约为0.46%,渗铜深度约为0.18 mm;未粘铜区域焊缝组织主要由针状铁素体和少量的先共析铁素体组成,粘铜区域则主要是块状铁素体、粒状贝氏体以及游离铜组成。未粘铜区域和粘铜区域硬度变化趋势基本一致,焊缝根部粘铜区域的硬度略高于未粘铜区域;粘铜区域和未粘铜区域的抗拉强度分别为730,732 MPa,冲击性能基本一致,弯曲试验后均未见裂纹。焊缝根部渗铜未对接头的力学性能产生明显影响。     

X80钢级螺旋焊钢管力学性能研究

对X80钢级Φ1219mm×18.4mm螺旋缝埋弧焊接钢管在板卷的开卷检验、矫平后、成型后以及静水压试验等各个阶段的拉伸、冲击韧性及落锤撕裂等性能的不同以及截取试样时样坯的大小对拉伸性能的影响进行了试验研究,通过试验发现在不同的阶段取样所得的数据有一定差异,并呈现一定的规律性。板卷开卷检验和拆卷矫平后的性能基本一致,经过成型过程后其屈服强度下降,经过静水压试验过程后屈服强度则有一定上升,而抗拉强度则基本上无明显变化。使用氧气在钢管上截取试样时的高温对试样的拉伸性能有不可忽略的影响,使用较大的样坯可明显减小其影响。     

预热及保温对严寒环境X80钢管道全自动外焊焊缝组织与性能的影响

研究了-30 ℃严寒环境下采用不同预热及保温措施进行电弧焊接的X80钢,观察了不同焊接条件下接头各区域的显微组织特点,通过硬度测试、拉伸试验、低温冲击试验对接头的力学性能进行了表征。研究结果表明：严寒环境下焊接得到的X80钢焊缝以柱状晶为主,填充区主要由针状铁素体、先共析铁素体及少量魏氏组织组成,随着预热及保温温度升高,魏氏组织的尺寸和数量都有所减小;接头硬度的极大值与极小值分别出现在热影响区的粗晶区与不完全重结晶区,随着预热及保温温度的升高,接头的整体硬度降低,焊缝区域的低温冲击韧性增强,而抗拉强度先提高后降低;预热及保温是接头在严寒环境下获得具有良好综合性能的有效措施,预热及保温温度为100 ℃时接头性能最优。     

弯管制造工艺对X70钢弯管性能的影响

本文对弯管制造工艺对X70钢弯管性能的影响进行了较系统的研究。通过对弯管材料采用不同的热处理工艺进行试验,结合产品试制检验结果,得出了合适的弯制工艺:弯制温度为900~1050℃,冷却方式为单面强制水冷,合适的回火温度为450~500℃(Ceq≤0·39%时)和500~550℃(Ceq>0·39%时)。用干线管弯制的1016mm×17·5/21/26·2mm三种规格的弯管单件、小批量试制、1016mm×21mm弯管首批50支批量试生产的检验结果都表明,我们研究制订的X70钢弯管工艺是合适的。     

氟化改性对N80钢耐腐蚀和防垢性能的影响

先将N80钢片进行抛光处理,再用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷进行氟化改性处理,研究了氟化改性对试验钢在质量分数3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性能和在模拟海水中防垢性能的影响。结果表明：在NaCl溶液中浸泡7 d后,氟化改性试样的表面腐蚀程度最为轻微,其低频(0.01 Hz)阻抗模值为450Ω·cm²,远大于未抛光和抛光试样;经7次快速蒸发结垢试验后,氟化改性试样的结垢量相比于未抛光和抛光试样分别下降约42.55%和37.00%;经35 d多场耦合结垢试验后,氟化改性试样无明显结垢现象,结垢量接近0;氟化改性可提高N80钢的耐腐蚀性能和防垢性能。     

X80钢焊接热影响区的二次热循环组织脆化

针对X80钢的多道焊接过程,采用热模拟技术研究了不同的二次热循环峰值温度对焊接热影响区粗晶区组织和低温冲击韧性的影响。试验结果表明,经过一次热循环峰温1300℃、二次峰温800℃作用后,晶粒粗大,韧性显著下降,发生严重脆化;而经过二次热循环峰温650,950,1200℃作用,则晶粒细化,获得韧窝状断口形貌。800℃的组织脆化现象与晶粒粗化以及最快沉淀温度附近第二相粒子的大量偏析和聚集有关。     

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。     

煤制天然气中氢对X80钢螺旋焊管力学性能的影响

近年来,我国多项煤制天然气示范工程投入运行,X80钢螺旋焊管常用于天然气长输管道建设,其与煤制天然气的相容性直接影响了长输管道的服役寿命和安全可靠性。为研究煤制天然气对国产X80钢螺旋焊管的力学性能影响,分别从埋弧螺旋焊管的母材和螺旋焊缝处取样,在总压为12 MPa,氢气分数为0,1vol%,2.2vol%,5vol%的模拟环境中分别进行慢应变速率拉伸试验和疲劳裂纹扩展速率试验。试验结果表明:含氢量5vol%以下时,煤制天然气对国产X80管线钢强度性能影响很小,但对塑性性能有一定影响,对疲劳裂纹扩展性能影响很大,煤制天然气中氢对母材的疲劳裂纹扩展性能劣化影响比螺旋焊缝严重。