浅析X80管线钢性能特征及技术挑战

随着国民经济的发展,各类高性能的钢材料得到了进一步的研究和应用。其中,X80管线钢是当前应用最为广泛的高强度管线钢之一,经过特定的工艺处理后,可以满足大管径、高压力环境下对管线钢的要求。因此,本文首先从冶金技术、冶金特征、焊接工艺等方面分析了X80管线钢的性能特征,进而针对腐蚀、氢致开裂、应变失效、焊缝区失效等几种服役失效类型进行了研究,以此为基础,探讨了发展X80管线钢的技术挑战,以为我国经济的可持续发展提供技术方面的保障。     

组织形貌对X80管线钢性能影响

通过光学显微镜和透射电镜对不同工艺生产的X80管线钢的微观组织、位错形态及析出相等进行了对比分析.结合力学性能检测,研究了X80组织形貌对力学性能的影响.研究表明,针状铁素体晶粒大小、析出相分布、位错密度及位错形态对材料强度、韧性、脆性转变温度有明显的影响,通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化等综合强化方式获得了综合力学性能良好的X80管线钢.     

X80级管线钢热轧板卷性能分析

对应用于西气东输二线管道工程的典型X80钢级15.3mm×1550 mm板卷拉伸性能、冲击性能、DWTT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特征,即与板卷轧制方向成90°方向的强度最高,冲击性能和落锤撕裂性能优良,而与板卷轧制方向成30°方向性能指标相对较低。     

X80管线钢的生产实践

采用窄成分范围控制,根据规格性能要求,调整微合金元素加入量,降低X80管线钢的原料成本。改进保护浇注效果,恒拉速浇注,使用动态轻压下和大倒角结晶器,提高连铸坯表面和内部质量,提高连浇炉数,降低X80管线钢的生产成本。采用热送热装技术,降低能源消耗,提高生产节奏,实现X80管线钢高效低成本生产。     

X80管线钢洁净度研究

对X80管线钢中非金属夹杂物进行金相观察、大样电解和扫描电镜分析。结果表明:从LF进站到铸坯过程中显微夹杂物呈显著的下降趋势,降幅达77.77%,在LF和RH精炼过程中,夹杂物数量降低最为明显;铸坯中夹杂物主要类型为CaO-CaS-Al2O3复合夹杂,其xCaO/xAl2O3小于12 CaO·7Al2O3的xCaO/xAl2O3=1.71,夹杂物变性效果较差。X80管线钢从转炉终点到铸坯过程中,平均T.O呈下降趋势,LF进站到钙处理后,平均w(T.O)减少了2.06×10-6,RH精炼过程平均w(T.O)降低了2.27×10-6,需提高LF精炼操作水平和RH精炼操作稳定性。RH出站到铸坯是一个增氮的过程,增氮质量分数为2.27×10-6,保护浇铸水平较高;铸坯中大型夹杂物数量为1.46 mg/10 kg,夹杂物主要为球状的钙铝酸盐夹杂物、硅铝酸盐夹杂物以及与镁铝尖晶石形成的复合夹杂物。     

X80管线钢洁净度研究

对X80管线钢中非金属夹杂物进行金相观察、大样电解和扫描电镜分析。结果表明:从LF进站到铸坯过程中显微夹杂物呈显著的下降趋势,降幅达77.77%,在LF和RH精炼过程中,夹杂物数量降低最为明显;铸坯中夹杂物主要类型为CaO-CaS-Al2O3复合夹杂,其XCaO/XAl2O3小于12CaO·7Al2O3的XCaO/XAl2O3=1.71,夹杂物变性效果较差。X80管线钢从转炉终点到铸坯过程中,平均T.O呈下降趋势,LF进站到钙处理后,平均W(T.O)减少了2.06×10-6,RH精炼过程平均W(T.O)降低了2.27×10-6,需提高LF精炼操作水平和RH精炼操作稳定性。RH出站到铸坯是一个增氮的过程,增氮质量分数为2.27×10-6,保护浇铸水平较高;铸坯中大型夹杂物数量为1.46mg/10kg,夹杂物主要为球状的钙铝酸盐夹杂物、硅铝酸盐夹杂物以及与镁铝尖晶石形成的复合夹杂物。     

X80管线钢的生产实践

通过铁水预处理脱硫-120 t顶底复吹转炉脱磷-120 t顶底复吹转炉（脱碳）-LF-RH-板坯连铸-冷装-1500 mm热连轧宽带成材-卷取,试生产了X80管线钢热轧宽带。试验结果表明：X80管线钢铸坯中w（T（O））为81×10^-6,w（N）为58×10^-6,w（H）〈1×10^-6;该钢的屈服强度（Rel）为600-640 MPa,抗拉强度（Rm）为720-765 MPa,伸长率（A）为28.5%-31.5%,60%试样的DWTT断口的剪切面积比（SA）为40%-60%。优化生产工艺后,钢的力学性能满足该钢种产品的要求。     

Ca-Mg处理对X80管线钢夹杂物及性能的影响

在工业生产中进行了X80管线钢Ca-Mg复合处理与Ca处理工业试验。分析了Ca-Mg复合处理和Ca处理钢中夹杂物的变化特征,研究了Ca-Mg复合处理对X80管线钢中夹杂物及性能的影响。结果表明：Ca-Mg处理钢中夹杂物主要是Mg-Ca-Al-O系夹杂,Ca处理钢中夹杂物主要是Ca-Al-O系夹杂;Ca-Mg处理钢中粒径小于1μm的夹杂物数量密度相对较高,大于1μm的夹杂物较少;Ca-Mg处理钢中存在大量尺寸细小的TiN夹杂物,可以起到细化晶粒、提升焊接热影响区韧性的作用。在100 kJ/cm的焊接线能量下,其焊接热影响区韧性大幅度提高。     

X80管线钢在西南地区土壤中的腐蚀电化学特征

采用电化学测试、SEM及EDS微观分析等方法,对X80管线钢在西南地区水饱和土壤中的腐蚀电化学特征进行了研究。结果表明,在水饱和西南土壤中,随腐蚀时间延长,X80钢腐蚀速率缓慢增大,腐蚀速度主要受氧扩散过程控制;EIS图谱具有双容抗弧与Warburg阻抗特征,电荷传递电阻和结合层电阻随时间而减小,腐蚀产物主要为铁的氧化...     

高级别管线钢X80冶炼生产实践

基于低碳和Nb、V、Ti等多合金元素复合的成分体系设计思路,采用铁水预处理-100 t转炉-LF精炼-RH精炼-260 mm板坯连铸-堆垛缓冷工艺生产高级别管线钢X80.通过各冶炼工序的合理控制,有效优化了硫、磷、氮、氢和氧等杂质元素,显著降低了显微夹杂物、大型夹杂物含量,并经过夹杂物变性处理促进了残余夹杂物的去除;通...     

高级别管线钢X80的生产实践

日照钢铁精品基地生产高级别管线钢X80采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、板坯连铸等炼钢工序。通过优化生产工艺,实现了管线钢X80成分的精确控制,有效地降低了钢中夹杂物含量,提升了铸坯质量。     

X80管线钢硫含量控制研究

基于首钢京唐公司X80管线钢的生产数据,从热力学上分析了转炉终点渣和LF精炼渣硫容量与钢中硫含量的对应关系,给出了精炼渣成分的调节方向。结果表明:精炼渣成分应控制在如下范围:w(CaO)为55%～60%;w(SiO2)为10%～12%;w(Al2O3)为20%～25%;w(MgO)为6%、w(FeO+MnO)小于1.5%。该成分的精炼渣最终硫分配比范围可控制在198～542。     

X80管线钢相变规律研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了X80管线钢的相变规律,采用热膨胀法及金相法建立了CCT曲线,分析了工艺参数对组织的影响规律。试验结果表明:试验钢在低冷速条件下形成的组织主要为多边形铁素体,随着冷却速度增加,组织细化,冷速在10~30℃/s时可以获得理想的针状铁素体组织。     

经济型X80管线钢的研制开发

研究包括加热工艺、控轧制度和控冷工艺在内的经济型X80管线钢工艺技术。结果表明,通过控制加热温度不超过1180℃,奥氏体晶粒尺寸可控制在80μm以内。通过提高粗轧阶段最后1个道次的压下率,使其达到20%以上,可使钢板心部奥氏体晶粒得到充分细化;通过降低终冷温度和提高冷却速率等工艺参数,可得到细小的板条贝氏体和针状铁素体组织;采用JCOE工艺制管后,X80屈服强度提高,为降低产品生产成本提供了可能。目前,该公司已实现无钼经济型X80管线钢的稳定生产。     

X80高级别管线钢轧制成功

1月10日,X80管线钢在本钢轧制成功。经检测,其各项性能指标完全达到西气东输二线管道工程标准。这是本钢继成功供印度X70管线钢后开发成功的又一高级别产品,它标志着本钢向开发更高档次的管线钢迈出了坚实的一步。     

首钢X80管线钢的研制

系统介绍了首钢用2160热连轧生产线试制“西气东输二线”X80热轧卷板的力学性能。对比分析了圆棒试样和板状试样对强度的影响及其制管前后韧性的变化。针对高强度、高韧性X80的组织,分析认为首钢开发X80管线钢室温组织为低碳贝氏体组织,并含有弥散的M／A组元。     

X80高级别管线钢的洁净度

针对莱芜钢铁集团120 t顶底复吹转炉(脱磷)→120 t顶底复吹转炉(脱碳)→LF→RH→CC试生产X80管线钢的生产工艺,采取示踪剂示踪、系统取样、综合分析的方法,对LF精炼前后、RH精炼前后,中间包和铸坯中总氧、氮、显微夹杂物和铸坯中大型夹杂物的变化进行了系统的研究。研究结果表明,铸坯中总氧含量平均为8×10-6,氮含量平均为58×10-6(质量分数,下同),96%的显微夹杂物的尺寸小于2μm,平均为2.50个/mm2,大型夹杂物平均为2.23 mg/10 kg。铸坯中氮含量较高,精炼过程夹杂物变性效果较差。     

X80管线钢落锤撕裂性能的影响因素分析

 研究了不同类型的显微组织的落锤撕裂性能,并从夹杂物百分比以及分布角度分析了夹杂物对落锤性能的影响,并给出了典型硅酸盐类夹杂和硫化物、氧化物夹杂的扫描照片,利用lapera试剂腐蚀出M/A岛的形貌,分析了M/A岛对落锤性能的影响,以及析出物位错、析出物的强化机制。     

W-Ce复合缓蚀剂对X80管线钢的缓蚀性能及机理研究

为了研究Na_2WO_4·2H_2O、Ce(NO_3)_3·6H_2O单一缓蚀剂以及Na2WO_4·2H_2O-Ce(NO_3)_3·6H_2O(简写为:W-Ce)复合缓蚀剂对X80管线钢的缓蚀作用,采用失重法计算钢试样在不含和含有不同缓蚀剂的中性Na Cl介质中的缓蚀效率,结合SEM表征确定出,在35℃恒温条件下,780 mg·L~(-1)Na_2WO_4·2H_2O与660 mg·L~(-1)Ce(NO_3)_3·6H_2O复配得到的W-Ce复合缓蚀剂具有最高的缓蚀效率,达99.01%。根据EDS分析和多酸配合物的理论,探究了W-Ce复合缓蚀剂的缓蚀机理和模型。最终认为,W-Ce复合缓蚀剂对X80钢片的缓蚀作用,主要是通过Ce~(3+)和WO_4~(2-)形成的杂多酸[Ce(WO_4)_3]_n~(3-)与钢片表面的Fe配位吸附作用,形成一层缓蚀膜,从而隔绝腐蚀介质,产生了优良的抑制腐蚀效果。