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。     

基于应变设计用X70大直径UOE管线管的研发

研究了不同轧钢工艺钢的不同微观组织以及这些微观组织对管线钢抗大变形性能的影响。筛选出抗大应变管线钢优选的组织设计,并基于铁素体+贝氏体的双相组织设计,生产了具有低屈强比、高均匀延伸率、高抗应变时效性能的X70 UOE管线管,实现准1 016 mm×17.5 mm和准1 016 mm×21.0 mm规格UOE焊管的工业化生产。通过工业化生产数据,分析了板、管及时效后性能的变化规律,并研究了时效温度和时效时间对抗应变性能的影响。     

我国抗大变形管线管的研制进展

介绍了基于应变设计抗大变形管道的要求、材料设计原理以及我国抗大变形焊管研制的进展情况.采用铁素体+贝氏体双相组织思路研制开发并批量生产了中缅管线X70抗大变形焊管,对板材的组织性能要求及制管前后、时效前后的板-管主要性能变化规律进行了研究,研制的焊管具有优良的性能.在此基础上针对西气东输三线管道进行了X80抗大变形焊管的开发,分析了X80抗大变形材料研制中存在的问题及主要难点,即强度升高对双相组织中硬相比例增加的要求与硬相增加对均匀延伸率不利影响的矛盾,工艺窗口更窄.通过试验确定了双相组织比例要求,并采取了有效措施研制出了性能优良的材料,千吨级试制钢管各项性能指标均达到了西气东输三线X80抗大变形焊管的要求,实现了我国X80厚壁大变形焊管研制的突破.     

基于应变设计的X80HD管线钢生产技术研究

为了研究X80HD管线钢的抗大变形能力,分析了轧制工艺对基于应变设计的X80HD管线钢组织性能的影响,并研究了制管工艺过程对管线钢的力学性能的影响规律。结果表明,铁素体/贝氏体双相组织的管线钢,随着始冷温度降低,先共析铁素体和析出物数量增加;随着终冷温度的降低,贝氏体的数量增加,相变强化作用增强,管线钢的抗拉强度提高更为明显;在制管过程中,钢管的屈服强度增加明显,且随着扩径率的增大,钢管屈服强度呈比例增大,但抗拉强度变化不大;当始冷温度约700 ℃和终冷温度低于450 ℃时,钢中的先共析铁素体和贝氏体双相组织组成控制合适,该管线钢具有优良的变形能力,能较好地满足大应变管线钢的性能要求。     

国内外油气管道用抗大变形焊管的研制现状

为了克服冻土带、滑坡带、地震带等条件对管线造成的大位移变形失效,保证服役管线的安全性和完整性,要求焊管具有较强的抗大变形能力。国外的研究表明,目前可作为抗大变形管线钢的材料有铁素体+贝氏体双相钢、贝氏体+M/A双相钢和针状铁素体钢,这些抗大变形管线钢可通过控制钢的化学成分、轧制工艺和热处理得到,双相管线钢具有低屈强比、高加工硬化指数、大均匀延伸率、圆屋顶型应力应变曲线等特点。国内的钢厂和管厂也联合进行了中缅油气管道抗大变形焊管国产化试制工作并获得成功,目前国内抗大变形管线钢普遍采用铁素体+贝氏体双相钢。     

制管工艺及应变时效对X70抗大变形钢管性能的影响

结合中缅天然气管线工程用X70级准1016mm×17.5mm抗大变形直缝埋弧焊管的试制,研究了直缝埋弧焊管制管前后、应变时效前后力学性能变化的一般规律。成型、扩径工艺导致母材发生加工硬化,产生较强的形变强化,使其屈服强度、抗拉强度、屈强比同时增大,使均匀延伸率、应力比降低,且屈服强度、屈强比的增加幅度要大于抗拉强度的增加幅度。应变时效使材料均匀延伸率进一步降低。但是制管和时效后钢管管体各项性能均在X70抗大变形钢管标准要求的范围内,管体纵向应力-应变曲线仍呈圆屋顶形,试制的X70抗大变形钢管具有优异的变形能力。     

直缝焊管制管工艺对钢管横向拉伸性能影响探讨

根据包辛格效应和形变强化理论,结合焊管生产实践,探讨了UOE、JCOE、ERW制管工艺对钢管横向拉伸性能的影响.结果表明:弯曲变形对包辛格效应并无明显影响,如果变形量足够大,将对钢管强度的提高起到较大作用;压缩变形对钢管强度的影响主要取决于钢的金相组织,针状铁素体组织的钢,包辛格效应不明显,而传统的铁素体-珠光体(或少珠光体)钢,则具有明显的包辛格效应;钢管扩径具有非常明显的加工硬化作用,扩径后钢管强度较扩径前普遍升高.最后提出,由于不同的制管工艺对钢管拉伸性能有各不相同的影响,制管厂可以根据自己的制管工艺,制定原材料钢板(卷)技术条件来满足钢管的性能要求.     

基于应变设计的X70直缝埋弧焊管应变硬化能力研究

从A、B两种轧制状态的X70抗大变形钢板制成的钢管中取样,用板状试样测定了拉伸应力-应变曲线,计算了该钢的应变硬化指数n值,研究了时效及两种轧制状态的n值分布规律。结果表明,工艺B状态的钢管时效前n统计均值为0.116 0,时效后n统计均值为0.112 0,下降约3.4%;工艺A状态的钢管时效前n统计均值为0.115 0,时效后n统计均值为0.105 4,下降约8.3%。X70工艺B状态钢管的n值、屈强比及屈服强度呈明显线性关系。0.8%和1.4%扩径率对应钢管的应变硬化指数n值差别不大,但1.4%扩径率对应钢管的均匀延伸率均值下降明显,比0.8%扩径率对应钢管均匀延伸率均值低约2%。     

不同钢厂X80级管线钢焊缝组织、性能的分析和比较

在生产"西气东输二线"X80Φ1219×22直缝埋弧钢管中,分别使用了A钢厂和B钢厂X80钢板,在制管中使用了相同的焊接规范和焊材,而其对应的焊缝力学性能有所差异,统计发现使用A钢厂板材得到的焊缝韧性要比B钢厂的高。在对其焊缝组织进行了金相比较,结果发现其焊缝组织中针状铁素体(AF)含量较多,并且AF晶粒细小,是A钢厂焊缝韧性高的原因,再对焊缝元素进行了化学分析,比较后发现Mn、Cr合金元素是促进AF含量增加、晶粒细化的根本原因。     

管线钢JCOE制管前后力学性能变化分析

研究了X60,X70和X80管线钢JCOE工艺制管前后冲击韧性、硬度及拉伸性能的变化,分析了试样加工形式、显微组织及厚径比对拉伸性能的影响。研究发现,不同钢级管线钢JCOE制管后冲击韧性均有变化,但绝大多数呈下降趋势;JCOE工艺过程产生较大的加工硬化;对于X80钢试样展平带来的包辛格效应导致屈服强度下降约44MPa;具有屈服平台的铁素体-珠光体管线钢较针状铁素体管线钢包辛格效应更大;不同显微组织钢板JCOE制管后伸长率均下降;厚径比越大,屈服强度上升越大。     

X70大变形管线钢延迟加速冷却组织和性能分析

利用热模拟、力学性能测试和材料显微分析等试验技术,研究了X70管线钢在延迟加速冷却条件下的组织与性能的变化规律。研究表明,通过延迟加速冷却,X70管线铜可获得贝氏体＋铁素体（B＋F）双相组织。随着始冷温度的上升,试验钢的贝氏体含量增加,铁素体含量降低,导致材料屈服强度上升,塑性下降。当始冷温度为530℃时,X70管线钢有较低的屈强比,较大的均匀伸长率和较大的形变强化指数,符合大变形管线钢的技术要求。     

基于应变设计的L485海洋管材开发

为了满足海底管道用高应变钢管的需求,采用基于应变设计方法进行了L485海洋管材的开发。采用低C、 Nb、 Ti微合金化成分设计和多边形铁素体+贝氏体的双相组织设计,开发出屈强比≤0.80、均匀延伸率≥12.0%、-20℃下平均冲击功>400 J的31.8mm厚壁L485钢板,并采用此钢板进行了Φ559 mm×31.8 mm规格L485钢管的试制。对试制出的钢管进行了力学性能测试,测试结果显示,钢管的纵向屈服强度为485～585 MPa,抗拉强度为570～700 MPa,屈强比≤0.85,总伸长率≥25%,均匀延伸率≥7%。试制结果表明,钢管的强度、塑性、韧性等均已达到高应变海洋管研制目标要求。同时,针对存在的屈服强度和应变硬化指数偏下限、热影响区软化等问题,需要从钢板成分及性能、钢管成型及焊接工艺等方面进一步优化设计。     

大变形管线钢管应变时效硬化研究

高强度管线钢管（X80级及以上钢级）加热并保温一段时间后,钢管力学性能将发生变化（应变时效）,通常屈服强度、屈强比升高,屈服点延伸,应力－应变曲线形状改变等,这些性能变化对于钢管应变能力会产生不利的影响。通过对日本JFE公司提供的X80级、Φ1219mm×22mm抗大应变钢管实物的试验检测、研究,分析了对性能有影响的加热温度和保温时间以及应变时效对材料性能的影响规律,为西气东输二线管道工程应用此类钢管提供了依据。     

高钢级管线钢应变时效行为对其应用的影响

在经过防腐热涂敷、焊接受热过程或服役一段时间后,管线钢材料会产生应变时效作用,其表现为拉伸应力应变曲线形状发生变化,屈服强度及屈强比升高,形变强化指数下降等。应变时效对管线主要的影响包括承压能力、环焊缝匹配、压缩应变容量、低周疲劳强度等。提出了改进措施。     

高钢级钻杆强度塑性试验研究

钻杆强度级别提高,其塑性性能会发生变化,因此高屈强比成为影响高钢级钻杆推广应用的主要问题。对X95、G105、S135、V150和HL165系列高钢级钻杆进行了室温拉伸试验,利用真应力-真应变曲线分析了高钢级钻杆强度塑性特征参数的变化规律及屈强比对钻杆安全性的影响。试验结果表明:随着钢级提高,钻杆强度不断增加的同时,工程屈强比和真实屈强比都增大,但后者比前者约小5.5%~7.0%;不同钢级钻杆工程屈强比与其伸长率、冲击功、塑性失稳点应变量、均匀形变容量和静力韧度等塑性韧性指标无对应关系;虽然V150、HL165超高强度钻杆屈强比分别达到0.953和0.941,形变硬化能力略有降低,但仍具有高塑性变形能力、高韧度水平和高断裂强度。研究认为,不宜将工程屈强比作为衡量高钢级钻杆质量的一项硬性指标,良好的综合性能是确保钻杆安全使用的关键。      

大变形管线钢的研究和开发

为了适应管道的大位移环境和高强度管线钢发展的需要,研制和开发了大变形管线钢。研究结果表明,大变形管线钢的主要性能特征是在保证高强韧性的同时,要求具有低的屈强比、较高的均匀伸长率和形变强化指数;大变形管线钢的组织特征为B+F和B+M/A双相组织。通过适度加速冷却方法、双相区加速冷却方法和延迟加速冷却方法,可以获取B+F大变形管线钢;通过在线配分技术,可以获取B+M/A大变形管线钢。     

低Mn高Nb耐酸管线钢热处理工艺研究

对高Nb管线钢在500～680 ℃回火工艺处理后的性能与组织进行了研究。试验结果表明,与轧态相比,600 ℃回火后,材料力学性能达到最优值,其屈服强度提高105～130 MPa,抗拉强度提高50～70 MPa;韧性、伸长率变化较小;回火前后的组织类型保持不变,仍以针状铁素体为主;随回火温度的升高,铁素体板条逐渐合并,M/A组元和碳化物明显分解,出现准多边形铁素体;600 ℃回火后,析出物钉扎位错的现象比较明显;细小析出物的增加是强度增加、塑性改善的主要原因。