節(jié)約型X70級管線鋼的組織控制與工藝開發(fā).pdf

1、世界能源消耗持續(xù)上升,未來幾十年原油和天然氣仍將占到能源總需求的三分之二。而管線是將原油和天然氣長距離輸送到用戶最經(jīng)濟有效的途徑。惡劣的輸送環(huán)境要求管線鋼要具有優(yōu)異的韌脆等性能。為了滿足這些性能要求,傳統(tǒng)的高鋼級管線鋼中需要加入Mo、Nb等合金元素。依靠低溫軋制技術(shù),對軋機能力要求比較高,并且合金元素Mo價格昂貴,成本高。為了改善軋制條件,節(jié)約鋼材成本,于是出現(xiàn)了用Nb代替Mo來降低成本的高溫軋制工藝(HTP)。
　　 在此背景

2、下,本文進行了高強韌性、易焊接、節(jié)約型管線鋼厚板生產(chǎn)工藝的研制開發(fā)。其目的是通過加入高量的Nb來代替Mo,從而降低成本,生產(chǎn)出性能符合X70要求的管線鋼。本文系統(tǒng)研究了利用HTP工藝生產(chǎn)高Nb管線鋼的動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、析出行為及相變行為的變化規(guī)律,并進行了實驗室熱軋實驗和工業(yè)試制。熱軋結(jié)果表明,以Nb代替Mo的管線鋼其性能完全滿足X70的標(biāo)準(zhǔn)要求。論文的主要工作如下:
　　 (1)利用Gleeble-2000熱模擬機,研究

3、了高Nb管線鋼的動態(tài)再結(jié)晶行為。研究表明:隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的下降,動態(tài)再結(jié)晶曲線的峰值應(yīng)力下降,峰值應(yīng)變減小;對同一種鋼,峰值態(tài)的激活能明顯高于穩(wěn)定態(tài)的激活能。對不同的鋼,含Nb高的A鋼的激活能無論是在峰值狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)都比含Nb低的B鋼要高;對于沒有明顯峰值點的應(yīng)力.應(yīng)變曲線,也有可能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,需通過應(yīng)變硬化率和應(yīng)力的關(guān)系來確定是否有極小值點,從而確定是否發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。
　　 (2)對含Nb不同的兩種實驗

4、鋼進行靜態(tài)再結(jié)晶實驗研究,研究表明:隨變形溫度的降低,再結(jié)晶難以進行;隨變形量的增加,形變存儲能增加,再結(jié)晶速率加快;通過PTT圖與再結(jié)晶曲線相交得到:含Nb高的A鋼Tnr約為970℃,含Nb低的B鋼Tnr約為925℃,而再結(jié)晶結(jié)束溫度分別為880℃和850℃;原始奧氏體晶粒越大,所對應(yīng)的再結(jié)晶終止溫度越高。
　　 (3)對低碳高Nb管線鋼進行析出行為的研究。結(jié)果表明:實驗鋼經(jīng)歷不同應(yīng)變后的PTT曲線呈“C”型特征,析出的“鼻尖

5、”溫度均在800℃左右。對同一種實驗鋼,應(yīng)變越大,動態(tài)誘導(dǎo)碳化物析出的開始時間及結(jié)束時間越短。另外,兩種實驗鋼比較,由于A鋼中加入了高量Nb,所以其碳化物析出開始時間要比B鋼短。
　　 (4)根據(jù)熱膨脹和金相觀察結(jié)果,研究了含C量和含Nb量不同的四種實驗鋼奧氏體變形條件對連續(xù)冷卻條件相變和顯微組織的影響。研究表明:含Nb鋼在連續(xù)冷卻條件下的相變產(chǎn)物是由準(zhǔn)多邊形鐵素體(塊狀鐵素體)、粒狀鐵素體、貝氏體鐵素體及一定量的島狀組織組成的

6、混合組織,通過透射電子顯微鏡中的明暗場和衍射條紋分析島狀組織以M/A組元為主,另有少量的珠光體和退化珠光體。另外,對每一個鋼種,加熱溫度相同時,熱變形都擴大了鐵素體相變區(qū)域,提高了鐵素體相變開始溫度(Ar3),并且使鐵素體相變可以發(fā)生在較快冷速的條件下;變形量相同時,隨著加熱溫度的升高,鐵素體相變區(qū)域減小,鐵素體相變開始溫度(Ar3)降低。
　　 (5)在實驗軋機上進行了控軋控冷實驗,研究了不同的加熱溫度、終軋溫度、壓下量及冷卻

7、方式對含Nb鋼顯微組織和性能的影響。結(jié)果表明:對于A鋼,當(dāng)未再結(jié)晶溫度為950和920℃時,所得到的力學(xué)性能(強度和韌性)均滿足X70標(biāo)準(zhǔn)要求。對于成分相近的E鋼,各項力學(xué)性能均滿足X80的要求,具有良好的綜合性能。
　　 (6)對高Nb管線鋼進行工業(yè)試制。結(jié)果表明:各項力學(xué)性能指標(biāo)均符合X70的標(biāo)準(zhǔn)要求。在此基礎(chǔ)上進行了節(jié)約型管線鋼的工業(yè)生產(chǎn),其成分設(shè)計降低了Nb含量。中Nb產(chǎn)品綜合力學(xué)性能全面滿足技術(shù)條件的要求。進精軋溫度為