管线钢组织及性能研究
《2024年高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》范文
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》篇一摘要本文旨在研究高级管线钢在焊接过程中粗晶区组织的形成及其对性能的影响。
通过微观结构分析和力学性能测试，本文揭示了焊接粗晶区的组织特点及其与力学性能之间的关系，为提高焊接接头的质量和性能提供了理论依据和指导方向。
一、引言随着能源工程和重工业的不断发展，管线钢的应用日益广泛。
高级管线钢作为重要的工程材料，其焊接性能的优劣直接关系到工程的安全性和可靠性。
因此，研究高级管线钢焊接粗晶区组织与性能，对于提高焊接接头的力学性能和耐久性具有重要意义。
二、材料与方法1. 材料选择实验选用某高级管线钢为研究对象，该钢材具有良好的力学性能和焊接性。
2. 焊接工艺采用常规的焊接工艺，包括准备、焊接、热处理等步骤，确保焊接接头的质量。
3. 微观结构分析利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等设备，对焊接粗晶区的组织进行观察和分析。
4. 力学性能测试通过拉伸试验、冲击试验和硬度测试等方法，评估焊接接头的力学性能。
三、结果与分析1. 粗晶区组织特点在高级管线钢的焊接过程中，粗晶区的组织表现为明显的晶粒粗大和晶体缺陷增多。
这是由于焊接过程中的高温和快速冷却导致的。
2. 组织与力学性能的关系通过对比分析发现，粗晶区的组织对力学性能具有显著影响。
粗大的晶粒和增多的晶体缺陷导致焊接接头的强度和韧性降低。
然而，通过优化焊接工艺和热处理工艺，可以改善粗晶区的组织，从而提高接头的力学性能。
四、讨论本研究表明，高级管线钢在焊接过程中形成的粗晶区组织对力学性能具有重要影响。
为改善焊接接头的性能，可从以下几个方面着手：1. 优化焊接工艺：通过调整焊接速度、焊接电流等参数，控制焊接过程中的温度和冷却速度，从而改善粗晶区的组织。
2. 热处理工艺：采用适当的热处理工艺，如正火、回火等，可以消除焊接过程中的残余应力和改善组织，提高接头的力学性能。
3. 材料选择：选用具有良好焊接性的高级管线钢，确保焊接接头的质量。
《2024年高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》范文
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》篇一摘要本文针对高级管线钢的焊接粗晶区组织与性能进行了深入研究。
首先，对管线钢的背景和重要性进行了概述。
接着，详细描述了实验材料、方法及实验设计。
通过对焊接粗晶区的显微组织观察和力学性能测试，揭示了其组织结构特点和力学性能表现。
最后，综合分析实验结果，探讨了焊接粗晶区组织的形成机制及其对性能的影响，为高级管线钢的焊接工艺优化提供了理论依据。
一、引言随着社会经济的快速发展，对高级管线钢的需求日益增长。
管线钢作为石油、天然气等能源输送的重要材料，其焊接质量直接关系到能源输送的安全与效率。
因此，研究高级管线钢焊接粗晶区组织与性能，对于提高管线钢的焊接质量和使用性能具有重要意义。
二、文献综述前人关于管线钢的研究主要集中在化学成分、生产工艺、力学性能等方面，而对焊接粗晶区组织与性能的研究相对较少。
粗晶区是焊接过程中形成的特殊区域，其组织结构和性能与基体材料存在较大差异。
因此，深入研究焊接粗晶区的组织与性能，对于优化焊接工艺、提高焊接质量具有重要意义。
三、实验材料与方法1. 实验材料实验所用材料为高级管线钢，其主要成分包括碳、硅、锰等元素。
2. 实验方法（1）显微组织观察：采用金相显微镜、扫描电子显微镜等手段，观察焊接粗晶区的显微组织。
（2）力学性能测试：进行拉伸试验、硬度测试等，以评估焊接粗晶区的力学性能。
（3）实验设计：制定合理的实验方案，包括焊接工艺参数、取样位置等。
四、实验结果与分析1. 显微组织观察结果通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察发现，焊接粗晶区存在明显的晶粒长大现象，晶界清晰可见。
此外，粗晶区内还存在一定数量的第二相粒子。
2. 力学性能测试结果拉伸试验和硬度测试结果表明，焊接粗晶区的力学性能与基体材料存在差异。
具体表现为拉伸强度和硬度略低于基体材料，但延伸率有所提高。
3. 组织形成机制及性能影响分析焊接过程中，由于局部高温和快速冷却，导致粗晶区晶粒长大。
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》范文
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高级管线钢在石油、天然气、化工等领域的输送管道中得到了广泛应用。
焊接作为管线钢连接的主要方式，其焊接粗晶区的组织与性能直接关系到管道的整体性能和使用寿命。
因此，对高级管线钢焊接粗晶区组织与性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、高级管线钢概述高级管线钢是一种具有高强度、高韧性、良好的焊接性和抗腐蚀性的钢材。
其成分设计、生产工艺及组织结构决定了其优异的性能。
在焊接过程中，由于加热和冷却的快速变化，焊接粗晶区会形成特殊的组织结构，这对钢材的力学性能和耐腐蚀性能有着显著影响。
三、焊接粗晶区的组织结构1. 晶粒形态：在焊接过程中，粗晶区的晶粒会经历熔化、凝固和相变等过程，形成不同于基体的特殊晶粒形态。
这些晶粒形态的差异会导致力学性能的差异。
2. 晶界特征：晶界是晶体中原子排列不规则的区域，对材料的性能有重要影响。
在焊接粗晶区，晶界特征尤为明显，其形态和分布对材料的力学性能和耐腐蚀性能有着重要影响。
四、焊接粗晶区的性能研究1. 力学性能：通过对焊接粗晶区进行拉伸、冲击、硬度等力学性能测试，可以了解其强度、韧性、硬度等力学性能的变化规律。
这些性能的变化规律对于评估管道的安全性和使用寿命具有重要意义。
2. 耐腐蚀性能：焊接粗晶区的耐腐蚀性能受晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等因素的影响。
通过对不同环境下粗晶区的耐腐蚀性能进行研究，可以为其在实际应用中的选材和防护提供依据。
五、研究方法与技术手段1. 金相显微镜观察：通过金相显微镜观察焊接粗晶区的组织结构，分析晶粒形态和晶界特征。
2. 扫描电子显微镜（SEM）分析：利用SEM观察和分析粗晶区的微观结构，进一步了解其组织特征。
3. 力学性能测试：通过拉伸、冲击、硬度等试验，测试焊接粗晶区的力学性能。
4. 耐腐蚀性能测试：在模拟实际工况的条件下，对焊接粗晶区进行耐腐蚀性能测试。
六、结论与展望通过对高级管线钢焊接粗晶区组织与性能的研究，可以深入了解其组织结构和性能变化规律，为实际工程应用提供理论依据。
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》范文
《高级管线钢焊接粗晶区组织与性能研究》篇一摘要：本文旨在研究高级管线钢在焊接过程中，其粗晶区的组织结构及性能表现。
通过对高级管线钢焊接过程中的物理、化学现象的深入研究，以及对微观组织结构、机械性能等综合考察，旨在提高高级管线钢焊接技术的水平和应用效率，同时为该领域的后续研究提供理论基础。
一、引言随着现代工业技术的不断发展，管线建设领域对于高性能钢材的需求愈发旺盛。
而作为其主要材料的管线钢，其性能和质量成为了研究的关键点。
尤其是其焊接过程中，由于局部高温和快速冷却，形成的粗晶区，其组织与性能的稳定性直接关系到整个结构的安全性和可靠性。
因此，对高级管线钢焊接粗晶区组织与性能的研究显得尤为重要。
二、材料与方法本研究采用高级管线钢作为研究对象，通过焊接技术模拟实际生产过程中的焊接过程。
采用光学显微镜、电子显微镜等手段对粗晶区的微观组织结构进行观察和分析，同时结合硬度测试、拉伸试验等手段对粗晶区的机械性能进行评估。
此外，还运用了X射线衍射等物理方法对粗晶区的晶体结构进行深入分析。
三、粗晶区的组织结构经过研究发现，高级管线钢在焊接过程中形成的粗晶区，其组织结构主要由铁素体、珠光体等组成。
其中，铁素体的含量和分布对粗晶区的力学性能有着重要影响。
此外，焊接过程中由于局部高温产生的晶粒长大现象也不容忽视，这种晶粒的长大在一定程度上会降低材料的性能。
四、粗晶区的机械性能通过对粗晶区进行硬度测试和拉伸试验，我们发现其硬度较高，且分布均匀。
在拉伸试验中，粗晶区展现出了较好的塑性变形能力和抗拉强度。
这得益于其良好的组织结构和元素分布。
然而，在实际应用中还需注意避免过高的焊接温度和过快的冷却速度，以防止产生过大的内应力和组织缺陷。
五、结论本研究通过对高级管线钢焊接粗晶区的组织与性能的深入研究，得出了以下结论：1. 粗晶区主要由铁素体、珠光体等组成，其含量和分布对力学性能有着重要影响。
2. 粗晶区具有较高的硬度和良好的塑性变形能力及抗拉强度。
X80管线钢的组织与性能研究
收稿日期:2007202226基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2003AA33G 010);国家自然科学基金资助项目(50271015)・作者简介:衣海龙(1979-),男,辽宁阜新人,东北大学讲师,博士;杜林秀(1962-),男,辽宁本溪人,东北大学教授;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东北大学教授,博士生导师・第29卷第2期2008年2月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 129,No.2Feb.2008X80管线钢的组织与性能研究衣海龙,杜林秀,王国栋,刘相华(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究・实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16mm 厚的X80管线钢的屈服强度达到670MPa 以上时,其屈强比低于0185,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配・细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性・X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb ,Ti (CN )为主,尺寸较大(50～200nm );另一种以NbC 为主,尺寸细小(小于30nm )・这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用・关 键 词:X80管线钢;控轧控冷;针状铁素体;韧脆转变温度;析出物中图分类号:TG 115.21+3 文献标识码:A 文章编号:100523026(2008)022*******Microstructure and Mechanical Properties of Pipeline Steel X 80Y I Hai 2long ,DU L i n 2xi u ,W A N G Guo 2dong ,L IU Xiang 2hua(The State K ey Laboratory of Rolling Technology &Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China.Correspondent :YI Hai 2long ,E 2mail :longhaiyi -2004@ )Abstract :The microstructure and mechanical properties of pipeline steel X80were investigated by means of optical electron microscope ,scanning electron microscope ,transmission electron microscope ,etc.The experimental results showed that the yield strength of pipeline steel X80with 16mm wall thickness can be up to over 670MPa through controlled rolling/cooling ,and the ratio of tensile strength to yield strength and ductile 2brittle transition temperature are lower than 0.85and -60℃,respectively ,thus providing a nice match between strength and toughness.Fine acicular ferrite has good effect on both the strength and toughness of the steel.Two kinds of precipitates were observed in the steel ,where the coarse ones are mainly the Nb and Ti (CN )ranging from 50nm to 200nm ,and the fine ones are mainly NbC less than 30nm.Both the nano 2precipitates play an important role in strengthening and grain refinement of the steel.K ey w ords :pipeline steel X80;controlled rolling/cooling ;acicular ferrite ;ductile 2brittle transition temperature ;precipitate能源结构的调整和能源需求的增加促进了大口径、高压、长距离输送天然气管线的发展・为了降低管线建设和运营成本,提高管线安全性和可靠性,高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度,还要具有更高韧性[1-2]・目前,发达国家已广泛使用X70级别管线钢,X80级别管线钢也已开始试应用,并正在研制开发X100/120级别的管线钢;国内也开始生产X70级别管线钢,并加快了对X80管线钢的研究[3-6]・从管线建设的发展趋势来看,X80管线钢在工程上的应用将逐渐增加[7-8]・因此,X80级别的高强度管线钢具有重要的研究价值与应用前景・本文主要结合国内某厂的设备情况,通过实验室的热轧实验,开发出厚度规格为16mm 的X80级别管线钢,对其组织及力学性能进行了研究,并分析了析出物的形貌及成分,为制定现场的轧制生产工艺提供了重要依据・1 实验材料和方法实验钢采用真空感应炉冶炼,并浇铸成100kg 钢锭,其化学成分如表1所示・热轧试样的断面尺寸为100mm ×100mm ・首先,将热轧试样加热到1200℃保温1h 后,利用<450mm 实验轧机,经两阶段控温轧制・第一阶段的轧制温度为1050～1000℃,第二阶段轧制温度为900～800℃;轧制后经加速冷却后得到16mm厚的钢板・表1 X80管线钢的化学成分(质量分数)Table1 Chemical compo sition of pipeline steel X80(mass fraction)%C Si Mn P S Nb+V+Ti Mo Ni Cu0.080.31 1.820.0060.00250.110.280.20.1对钢板取样后在100t电液伺服万能实验机上进行拉伸性能实验・采用矩形试样,标距长度为80mm,标距内宽度为20mm・从实验钢板上沿垂直于轧制的方向上切取冲击试样,经机床加工成10mm×10mm×55mm的夏比V型缺口冲击试样,在20,-20,-30,-40,-60℃温度下,按照G B4159—84和G B/T229—1994的标准规定,在JB2300B机械式半自动冲击实验机上进行冲击试验・应用L EICA-DM IRM多功能光学显微镜和J SM-5500LV扫描电镜观察显微组织,利用H-800透射电镜观察试样组织及析出物・2 实验结果2.1 实验钢的性能表2,表3分别为轧制得到的X80管线钢的力学性能及系列冲击性能・由表2可知,经实验室两阶段控温轧制得到的X80管线钢具有良好的力学性能,R t0.5为678～688MPa,R m为802～903MPa・当实验钢的R t0.5达到600MPa以上时,其具有较高的抗拉强度、良好的断后伸长率及良好的综合力学性能・管线钢的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)是钢管抵抗破裂的重要参数,它体现了材料从屈服到最后断裂过程中的变形能力・根据世界上各石油公司天然气钢管的技术条件,对屈强比的限定值多数在0185以下,实验用16mm厚的X80管线钢达到此规范要求・由表3可知,在-60～20℃温度范围内,虽然X80表2 X80管线钢的力学性能Table2 Mechanical propertie s of pipeline steel X80R t0.5/MPa R m/MPa A80/%屈强比688884250.78679903240.75678802250.84表3 X80管线钢冲击实验结果Table3 Impact te st data of pipeline steel X80实验温度/℃A kV/J(横向)单值平均值20366366372368 -20351376393373 -30384374405388 -40379366347364 -60343309318323管线钢板冲击吸收功随温度的变化有所波动,但是变化幅度相对较小,都在300J以上;由此可知,其韧脆转变温度低于-60℃,实验钢具有良好的低温韧性指标・2.2 显微组织分析图1为X80管线钢的金相组织照片・由图1可知,X80管线钢的金相组织由多边形铁素体和贝氏体组成,由SEM观察可知,铁素体形状都被显著地拉长成为细条状,形状不规则,呈针状铁素体形貌;同时,未发现典型的贝氏体的板条结构,如图2所示・图1 X80管线钢的组织Fig.1 Micro structure of pipeline steel X80图2 X80管线钢的SE M组织形貌Fig.2 SE M image of morphology of pipeline steel X80应用透射电镜进一步观察实验钢的组织,其结果如图3所示・由图中可以看出,其组织呈现明显的针状铁素体形貌,组织中针片结构较为发达・这是由于实验钢中含有的合金元素钼能够使铁素体析出线明显右移,从而抑制先共析铁素体的形成,但对贝氏体转变的推迟较小,所以,过冷奥氏体直接向贝氏体转变・同时,由于钼的存在,碳在412东北大学学报(自然科学版) 第29卷奥氏体中的扩散激活能增加,从而使碳的扩散系数降低;因此,钼在强烈抑制先共析铁素体的析出和长大的同时,促进了高密度位错亚结构的针状铁素体的形成[9]・图3 X80管线钢的TE M 组织形貌Fig.3 TE M image s of morphology of pipeline steel X80(a )—多边形铁素体+针状铁素体;(b )—针状铁素体・由表2和表3可知,组织的细化在提高实验钢强度的同时,也有效地改善了实验钢的韧性・由透射电镜观察可知,实验钢中M/A 岛的数量较少,且尺寸较小・虽然M/A 岛为脆性组成物,对管线钢的韧性可能有不利影响,但均匀细小的M/A 岛有利于改善钢板的韧性・在实验钢中形成的M/A 岛主要是由于钢的成分和工艺的影响・首先,从化学成分上来说,实验钢的含碳量直接影响到岛状物的相对数量,由于本文所用的实验钢碳含量相对较低,因此,一定程度上减少了岛状组织的形成・其次,在热轧过程中,采用较大的冷却速度可以减小岛状物的相对数量及尺寸,有利于改善实验钢的韧性・2.3 析出物的分析由表2,图2和图3可知,实验钢经控制轧制和控制冷却后得到了细小的针状铁素体组织,获得了钢板的细晶强化效果,提高了钢板的强度・对于针状铁素体型的微合金钢来说,除了固溶强化和细晶强化,还有不可忽视的析出强化・为了进一步分析析出物的成分及形貌,对实验钢进行了透射观察及成分测定・图4为利用透射电镜观察到的典型的析出物的形貌及对应的成分分析・由图图4 X80管线钢的TE M 析出物及对应成分Fig.4 TE M image s of precipitate s and their compo sitions in pipeline steel X80(a )—尺寸较大的析出物;(b )—尺寸较小的析出物;(c )—对应的成分分析・512第2期 衣海龙等:X80管线钢的组织与性能研究4可知,X80管线钢中的析出物主要为微合金元素的碳氮化物・在组织中能观察到不同尺寸的碳氮化物,它们主要是在不同阶段不同温度下析出的,在钢中主要有以下两方面作用・1)相对较大的碳氮化物尺寸一般在50～200nm 范围内,它们一般是在冷却过程的较高温度下析出的,其主要作用是钉扎晶界,阻止奥氏体晶粒长大・图4的成分分析表明,这种尺寸较大的碳氮化物主要为Nb ,Ti (CN )・在多种碳氮化物中,TiN 的作用最显著,这是由于TiN 在奥氏体中的溶解度最低,热力学稳定性较高,最不容易粗化[10]・2)相对较小的碳氮化物尺寸一般在30nm 以下,这种碳氮化物主要是在奥氏体向铁素体转变过程中或冷却到单相的铁素体相区时形成的・过饱和的固溶微合金元素在脱溶过程中析出了这种碳氮化物,尽管它们的体积分数很小,却能起到有效的强化作用・图4中析出物的形貌和成分分析表明,这种尺寸细小的碳氮化物主要为NbC ,尺寸大多在10nm 以下,由于实验钢中含有微合金元素钒,因此在成分测定中也检测到钒的碳氮化物・图5为X80管线钢中析出物的分布示意图・由图可知,尺寸细小的析出物的数量较多,它们对提高实验钢的强度起到了重要作用・在现场的生产过程中,综合利用微合金元素的作用,合理控制其析出相的析出过程是管线钢开发的关键・前面对析出物的分析表明,在析出总量相同的条件下,析出物的尺寸越细小,分布越分散,对强度的贡献越大,同时对韧性的损害越小・图5 X80管线钢析出物分布示意图Fig.5 Block diagram of distribution of precipitate sin pipeline steel X803 结 论1)采用控轧控冷工艺轧制16mm 厚的X80管线钢,其中细化的针状铁素体及细小弥散的析出物有效改善了实验钢的强度及韧性・X80管线钢的屈服强度达到670MPa 以上,其屈强比低于0185,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配・2)X80管线钢中大致存在两种典型的析出物・一种以Nb ,Ti (CN )为主,尺寸较大(50～200nm );另一种为以NbC 为主,尺寸细小(小于30nm )・尺寸细小弥散的析出物有效提高了实验钢的强度,并在一定程度上改善了韧性・参考文献:[1]郑磊,傅俊岩・高等级管线钢的发展现状[J 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,1995,30(8):48-51.)612东北大学学报(自然科学版) 第29卷。
一种高铌X80管线钢的组织性能分析
一种高铌X80管线钢的组织性能分析Microst ruct ure and Mechanical Properties of a HighNb2microalloyed X80Pipeline Steel张莉莉1,张骁勇1,高惠临1,王 锋2(1西安石油大学材料科学与工程学院,西安710065;2武汉钢铁股份有限公司大型轧钢厂,武汉430080)ZHAN G Li2li1,ZHAN G Xiao2yong1,GAO Hui2lin1,WAN G Feng2 (1School of Materials Science and Engineering,Xi’an Shiyou University,Xi’an710065,China;2The Heavy Sectio n Mill of Wuhan Iron and Steel Company Limited,Wuhan430080,China)摘要:采用力学性能测试手段和电子显微分析技术对一种高铌(Nb)合金设计的X80管线钢的组织与性能进行了研究。
结果表明:这种高Nb管线钢具有高的强韧性和低的韧脆转变温度,已成功应用于国内“西气东输二线”工程。
对Nb元素在管线钢的细晶强化、组织强化和沉淀强化作用进行了分析。
关键词:X80管线钢;针状铁素体;Nb元素中图分类号:T G14211 文献标识码:A 文章编号:100124381(2009)0520001205Abstract:Mechanical property testing and microscope analysis were applied to evaluate t he micro st ruc2 t ure and mechanical p roperties of a high niobium2microalloyed X80pipeline steel.The result s show t hat t he high niobium2microalloyed pipeline steel po ssesses higher st rengt h2toughness and lower duc2 tile2brittle t ransition temperat ure,and was already successf ully applied to t he Second West2east Gas Pipeline Project in China.The effect s of niobium2microalloyed element on grain refinement,micro2 st ruct ure strengt hening and precipitation hardening of pipeline steel were analyzed.K ey w ords:X80pipeline steel;acicular ferrite;niobium2microalloyed 国内X70管线钢的生产趋于成熟,已成功应用于“西气东输一线”等管线工程。
X65管线钢显微组织与力学性能的研究的开题报告
X65管线钢显微组织与力学性能的研究的开题报告
一、研究背景与意义
X65管线钢是一种高强度、高韧性的钢材，广泛应用于石油、天然气和水力输送等领域。
为了保证X65管线钢的可靠性和使用寿命，在生产和施工过程中需要对其显微组织和力学性能进行研究。
二、研究目的
本研究旨在：
1.分析X65管线钢的显微组织特征及其演化规律；
2.研究X65管线钢的力学性能，包括强度、韧性等方面；
3.探讨X65管线钢的显微组织与力学性能之间的关系。
三、研究方法
1.样品制备：采集一定数量的X65管线钢样品，进行热处理，并制备出符合标准要求的试样。
2.金相显微镜观察：对试样进行金相显微镜观察，分析样品的组织结构和演化规律。
3.机械性能测试：对试样进行拉伸试验、冲击试验等机械性能测试，分析X65管线钢的力学性能指标。
4.分析和比较：对实验结果进行分析和比较，探讨X65管线钢的显微组织和机械性能之间的关系。
四、论文结构
第一章：绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的
1.3 研究方法
1.4 论文结构
第二章：文献综述
2.1 X65管线钢的概述
2.2 X65管线钢的显微组织研究
2.3 X65管线钢的力学性能研究
第三章：试验设计
3.1 试验材料及热处理
3.2 试验流程及方法
3.3 试验参数
第四章：试验结果与分析
4.1 显微组织特征
4.2 机械性能测试结果
4.3 显微组织与机械性能之间的关系第五章：结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献。
X100管线钢粗晶区组织和性能的研究
成 ，随 着 冷 却 时 间 的 延 长 ，晶 粒 变 粗 大 ， 贝 氏体 化 铁 素体 粗 化 ，Ｍ— Ａ 组 元 体 积 分 数 增 大 ， 并 由 奈 状 变 成 块 状 ，晶 界 上 Ｍ— Ａ 组 元 也
变 得 粗 大 ，导 致 冲 击 韧性 下 降 ，抗 裂性 变 差 ， 冲 击 断 口形 貌 脆 性 断 裂 的 比 例 越 来 越 大 ，且硬 度 、 屈服 强度 、抗 拉０ Ｏ ３ Ｏ ． ｏ ０ ４
主要体 现 在节 约材 料 、提高 输 送压 力 、减 小 施工 量 、
降低维 护 费用 、优化 整体 方案 等方 面 ［ ４ ３ 。 随着经 济 的
发 展 ，对 于能 源 的需 求 日益 增 长 ．Ｘ１ ０ ０管 线 钢 的研
究 和 发 展 越 来 越 受 到 重 视 ． 由于 焊 接 热 影 响 区 粗 晶 区是 焊 接 接 头 中性 能 薄 弱 的区 域 ．所 以 ．研 究 在 埋 弧 焊 时 冷 却 时 间对 热 影 响 区粗 晶 区 的组 织 和性 能 的影 响 具有 非常 重要 的实 际意 义 “ 物 理模拟 ”是 指缩 小或放 大 比例 ．或 简化条 件 ， 或代 用 材料 ，用试 验模 型 来代 替原 型 的研究 。采用 热模 拟技 术 ．可 以在 一定 尺寸 的试件上 ．模 拟焊 接热
（ ２ ）
ｔ Ｈ ＝１ ４ ． ９ ８ Ｓ ，
然 后改 变 ｔ 值 ，根据 以上公式 可得 不 同 ｔ 下 的热模
式 中 ：ｍ ３ ，ｍ 为修正 系数 ，这 里取 ｍ １ ． ５ ，ｍ ： １ 。 根 据 上 面 ２个公 式 即 可建 立 ｔ 的 冷却 时 间计 算
１ 试 验 材 料 和 方 法
１ ． ２ 热模 拟参 数 的理论计 算 １ ． ２ ． １ 冷却 时间
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轻中心偏析，如图。在大冷速的作用下，以促进AF的形成来保证强度及低温韧性。
X70显微组织
17.5mm-L485 (X70)-0.25-500*
21mm-L485 (X70)-0.25-500*
28mm-L485 (X70)-0.25-500*
X70级别的管线钢基体组织属于QF+AF+GB（如图），这类钢一般成分体系低碳+微合金Nb、Ti、 Cr设计，C含量一般在0.04%~0.06%，这类钢终冷温度一般在480-550之间，强度级别在630Mpa左 右。X70近年来应用在油气管道中较为普遍，如中缅线、西二线、西三线、广西LNG天然气项目、 大唐煤制气项目等均有使用，该钢在25mm以下供货较多，基体组织中随厚度的变化QF含量增多， 晶粒度在12级以上，由于GB及针铁的大量出现，在制管过程中，受到加工硬化、第二相粒子钉扎 作用等作用下，包辛格效应消除，屈服强度、屈强比均会上升，所以在钢板生产时有意将屈服强度 及屈强比做低。
抗大变形X70HD显微组织
17.5mm-X70HD-0.25-500*
21mm-X70HD-0.25-500*
抗大变形X70HD管线钢基体组织属于QF+少量AF+板B（如图），这类钢一般成分体系低碳+微 合金Nb、Ti、Cr设计，C含量一般在0.04%~0.06%，这类钢终冷温度一般在300-380之间，强度级 别在670Mpa左右。与以往常规X70管线钢所不同的是，该钢需要保证各项应力比及均匀延伸率， 即： 纵向Rt1.5/Rt0.5≥1.12，Rt2.0/Rt1.0 ≥ 1.05，Rt5.0/Rt1.0 ≥ 1.09，均匀延伸率≥10%，从工艺角度出发， 必须保证拉伸曲线足够拱，抗拉强度足够高，低温韧性足够好才能满足上述条件，因此在研制该钢 的工艺中，将入水温度设定在Ar3以下30-50℃，返红温度设定在400℃，以保证双相组织的形成， 即软相QF大量先析，板B在大冷速、低返红形成，从而使得各项应力比、强度等满足工艺条件。
应的显微组织也比较简单，一般为铁素体 +少量珠光体（如图）。这类管线钢在卷管过程中会出 现包辛格效应而使屈服强度降低，其主要原因在于其基体位错密度低，晶粒相对较粗，没有加工 硬化效果，软相铁素体和硬相珠光体将发生不均匀变形，将会导致管线钢屈服强度降低，所以这 类管线钢一般要采用提高强度余量以保证钢管性能合格。
深圳LNG
2011年8月
第6页 西四线、西五线线路走向示意图
油气输送钢管发展趋势
更高压力----增到17MPa 更大口径----增到1422mm 更大壁厚----增到30.8mm 更高钢级----X90或X100/X120 更高标准----API第45版、专业石油公司 附加标准 更 安 全----全生命周期完整性管理
壁厚：最大26.2
钢级：X90/100
钢级：X60
钢级：X70
压力：6.4MPa 压力：10MPa
50-70年代
70－90年
90-2000年
2000-07年
07年-2012
2012-至今
增 大 输 气 量 的 四 个 方 案
提高钢级，从X80提升为X90/100，钢管已进行单炉或小批量试制
提高设计系数，从0.72提高到0.8，进行了近12.5万吨的批量生产
=20 μ m ; E 13+B C +G B ; S t ep=0. 3 祄 ;G r i d233x184
针状铁素体（AF）
板条贝氏体
对低合金管线钢，当冷却速率较快时，贝氏体呈板条状；与粒状贝氏体相比，板条 贝氏体更细。BF：由相互平行且带有很高位错密度的板条铁素体组成，板条界为小角度 晶界；若干铁素体板条平行排列成板条束，板条束界面为大角度晶界；板条间有条状或 断续点状残 γ （ M-A相）。 EBSD 分析显示：与粒状贝氏体不同，板条贝氏体内 BF 板条 束以大角度晶界分割，且板条贝氏体中BF要细小的多。
多边形铁素体（PF）
准多边形铁素体（QF）
粒状贝氏体
20世纪50年代，Habraken等在低碳/中碳合金钢中首先发现粒状贝氏体组织。该组织 在较慢的冷却速率下出现；相变特点：由于冷速较慢，碳有足够的时间由α/γ相变前沿界 面向γ内以较快速度扩散；避免了碳化物的析出，导致残余奥氏体碳含量升高，发生奥 氏体稳定化，在随后冷却过程中，富碳奥氏体或转变为马氏体，或保留至室温；组织特 征：板条束铁素体/先共析铁素体基体上弥散分布有M-A小岛，由于小岛呈现颗粒形态， 故命名为粒状贝氏体（Granular Bainite）。
X65显微组织
20mm-L450 (X65)-0.25-500*
26.4mm-L450 (X65)-0.25-500*
X65级别的管线钢基体组织属于多边形铁素体+针状铁素体+少量粒状贝氏体 （如图），这类钢 一般成分体系低碳+微合金Nb、Ti、Cr设计，C含量一般在0.05%~0.07%，这类钢终冷温度一般 在550-600之间。强度级别在580Mpa左右，基体组织受板厚影响，其软硬相占比有明显不同，
20mm以下规格主要以针铁+粒贝为主，与X70类似，而在大壁厚特别是深海管线中其厚度方向组
织中多变形铁素体占比较大，这也是为保证其低温韧性而设计的。
抗酸X65MS显微组织
18.54mm-X65MS-0.25-500*
18.54mm-X65MS-0.5-500*
抗酸X65MS管线钢基体组织属于多边形铁素体+针状铁素体+少量粒状贝氏体 （如图），这类 钢一般成分体系低碳+微合金Nb、Ti、Mo、Ni设计，C含量一般在0.03%~0.05%，Mn含量一般在 1.10%之内，强度级别在570Mpa左右。成分采用低C、Mn、P、S设计，以减少HIC敏感性，减
=20 μ m ; B C ; S t ep=0. 6 祄 ;G r i d200x125
=20 μ m ; E 13+G B ; S t ep=0. 6 祄 ;G r i d200x125
板条贝氏体（BF）
M-A组元
低碳微合金钢连续冷却转变为贝氏体时，在形成贝氏体F的过程中，碳在参与奥氏体 中逐渐富集。由于相变温度高，相变驱动力小，转变不彻底，少量奥氏体残留下来，以 岛的形式分布在板条贝氏体内，同时在大角度晶界上也常有小岛的存在。 对管线钢成分而言，富碳奥氏体难以保留至室温，大部分奥氏体冷却时转变为马氏体 ，称M-A，它对抗HIC性能有一定影响，理想的状态为数量少、尺寸小，M-A为脆性相 ，小岛的数量、大小、形态和分布对管线钢的韧性寸小、均匀分布、形态应趋于球状， 那些长条状、或带尖角的MA对性能不利。
Lepera试剂染色后的M-A分布
SEM照片中的M-A
Gr.B-X60显微组织
L245(Gr.B)-200*
L360(X52）-500*
L415（X60）-500*
X60及以下级别的管线钢属于铁素体-珠光体 ，这类钢一般以C-Mn为主，C含量一般在
0.10%~0.15%，有时也加入微量的Nb等元素，这类钢终冷温度控制比较高（一般在 630以上，相
特殊性能
抗低温钢管
CVN温度从-10℃降低到-40℃，DWTT从0℃ 降低-20℃
增 加 特 殊 性 能 要 求
大应变钢管 增加均匀延伸率和纵向拉伸性能，要求较低的屈强比
深海用钢管
增大厚径比，提到低温韧性，提高加工几何尺寸精度
抗腐蚀钢管
提高管材抗HIC和SSCC能力，甚至采用复合钢板加工
厚壁螺旋钢管 X80钢级，1219螺旋钢管壁厚增加到22mm
=50 μ m ; B C ; S t ep=0. 7 祄; G r i d210x91
=50 μ m ; E 13+B C +G B ; S t ep=0. 7 祄; G r i d210x91
粒状贝氏体及EBSD图片（GB）
典型X80粒状贝氏体显微组织
针状铁素体
针状铁素体（Acicular ferrite）：低碳低合金钢冷却过程中，在较低温度下，与贝氏 体相变相近的区域形成（形成温度高于板条贝氏体）；其二维特征呈针状，并具有片状 界面特征；针状铁素体首先在钢中预先存在的缺陷处（如MnS、VCN、氧化物冶金等夹 杂物）形核、长大，随后不断激发新的晶核；针状铁素体内位错密度较高 1014m-2；管 线钢组织判定中：针状 F（AF）泛指具有贝氏体特征的组织，即包括粒状贝氏体、板条 贝氏体铁素体等。
2000-2002年,西 气东输管道工程
技 术 趋 势
2007-2009年,西 气东输管道工程 二线 管径：1219mm 壁厚：最大27.5 钢级：X80 压力：12MPa
趋势： 管径：1219-1422mm 壁厚：最大30.8mm 压力：17MPa
1996年陕京管 道工程： 管径：1016mm 管径660mm 管线钢主 日本进口的 要采用A3、 TS52K(相当 16Mn 于X52)
增大管径，从OD1219mm,增到OD1422mm，正进行产品试制
提升输气压力，从12MPa增到17MPa，北美将采用输送压力超过17MPa。
同时，边远荒漠、高寒冻土带和海洋等极限及特殊环境区域的油 气田开发日益兴起，这些地区恶劣的地理环境和管道服役条件，对焊 管在耐腐蚀性能、耐低温、抗变形以及适应海洋服役等方面提出了特 殊要求，不断挑战钢板和钢管的技术极限，产品开发具有广阔的市场 前景和较高的附加值。因此各钢管厂为满足钢管新需求，积极主动参 与到各种钢管研制过程中。
银川 榆林 靖边
永清
大连LNG 唐山LNG
西一线
兰州 西安 泰安 平顶山 枣阳 孝感
西二线 冀宁线
江苏LNG
上海 台州 福州
南部 拉萨
川渝管网
重庆
忠武线
武汉 南昌 湘潭 樟树 吉安
贵阳