X80高钢级管线钢组织与力学性能
X80热连轧管线钢的成分_工艺对组织及性能的影响
第44卷 第4期 2009年4月钢铁Iron and Steel Vol.44,No.4April 2009X 80热连轧管线钢的成分、工艺对组织及性能的影响崔天燮1, 尚成嘉2, 缪成亮2, 薛文广1, 胡玉亭1(1.山西太钢不锈钢有限公司技术中心,山西太原030003; 2.北京科技大学材料与工程学院,北京100083)摘 要:对三种不同成分设计的Mn 2Mo 2Nb +钢的精轧轧程、轧制温度以及C 、Mo 含量对热轧板卷屈服强度和DW T T 撕裂面积等性能的影响进行了研究,所得到的结论对提高强度,细化奥氏体晶粒,避免混晶具有指导性。
采用含Mo 低碳、高Nb 设计,控制精轧轧程,可以获得具有优良强度和韧性的X80热连轧管线钢产品。
关键词:X80热连轧管线钢;平均流变应力;再结晶;精轧工艺中图分类号:T G14214 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2009)0420055205E ffect of the Composition and Process on Microstructure andProperties of X 80Pipeline H ot Strip SteelCU I Tian 2xie 1, SHAN G Cheng 2jia 2, M IAO Cheng 2liang 2,XU E Wen 2guang 1, HU Yu 2ting 1(1.Technology Center ,Taiyuan Iron and Steel (Group )Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,Shanxi ,China ;2.School of Materials Science and Engineering ,University of Science and T echnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :Based on Mn 2Mo 2Nb system with three different content ,the effect of finishing rolling parameters and rolling temperature as well as the content of C and Mo on yield strength and DWT T shear area values of X80hot strip pipeline steel were investigated.The results are of practical significance to improvement yield strength and to refinement austenite grain size along with to restraint recrystallization during finish rolling.By adjusting the chemi 2cal composition and optimizing the process parameters ,excellent toughness and high strength can be obtained.K ey w ords :X80pipeline strip steel ;mean flow stress ;recrystallization ;finish rolling process作者简介:崔天燮(19572),男; E 2m ail :cuitx @ ; 修订日期:2008210207 “西气东输二线工程”是继中国“西气东输一线工程”后又一世界级的输气管道工程,它对管线钢提出了极高的要求。
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。
高级别厚规格X80管线钢研制开发_陈勇
陈勇，张爱梅，邱双全，吾塔（宝钢集团八钢公司制造管理部）CHEN Yong ，ZHANG Ai-mei ，QIU Shuang-quan ，WU TA(M anufacturing M anagement Department ,Bayi Iron &Steel Co.,Baosteel Group)Abstract:Development of hot rolled strip for X80pipeline conveying oil by using of the low carbon compositions andTM CP technique.The acicular ferrite and bainite structure obtained by the composition design of low carbon microalloy strengthening,control molten steel cleanliness and segregation of slab,reasonable two-stage controlled rolling and con-trolled cooling technology.Test results show that strength and low temperature toughness etc.of mechanical properties are excellet ,the test results accord with technical condition of Petro-China “west second line ”pipeline project hot rolled strip.every test is well after making pipe.Key words:X80pipeline steel ；acicular ferrite ；low carbon microalloy strengthening ；high strength高级别厚规格X80管线钢研制开发摘要:介绍了采用低碳成分设计和TM CP 工艺开发X80钢级石油输送管用热轧卷板的关键控制技术和工艺路线。
《2024年X80管线钢两相区变形的流变应力与组织性能研究》范文
《X80管线钢两相区变形的流变应力与组织性能研究》篇一一、引言随着工业的飞速发展，X80管线钢作为一种重要的工程材料，在石油、天然气等管线运输工程中发挥着举足轻重的作用。
其优异的力学性能和良好的可加工性使得X80管线钢在两相区变形过程中具有独特的流变应力特性。
本文旨在研究X80管线钢在两相区变形过程中的流变应力与组织性能的关系，为进一步优化其加工工艺和提升材料性能提供理论依据。
二、研究背景X80管线钢是一种高强度、低合金的钢材，其优良的力学性能和焊接性能使其在油气管道工程中得到了广泛应用。
在两相区变形过程中，X80管线钢的流变应力与组织性能密切相关，因此研究其流变应力特性对于提高材料的加工性能和力学性能具有重要意义。
三、实验方法本研究采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段，结合流变应力测试，对X80管线钢在两相区变形过程中的流变应力与组织性能进行了研究。
具体实验步骤如下：1. 制备X80管线钢试样，并进行热处理，使其处于两相区状态。
2. 对试样进行拉伸试验，记录流变应力数据。
3. 利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察试样的微观组织结构。
4. 分析流变应力与组织性能的关系。
四、结果与讨论1. 流变应力特性分析通过拉伸试验，我们得到了X80管线钢在两相区变形过程中的流变应力数据。
结果表明，随着应变的增加，流变应力呈现先上升后下降的趋势。
这是由于在变形初期，位错密度增加，导致流变应力上升；而随着变形的进行，位错逐渐湮灭或重排，流变应力逐渐下降。
此外，流变应力还受到温度和应变速率的影响。
2. 组织性能分析通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察，我们发现X80管线钢在两相区变形过程中，组织结构发生了明显变化。
随着应变的增加，钢中的铁素体和珠光体相界变得模糊，同时出现了大量的位错和亚结构。
这些变化对材料的力学性能和加工性能产生了重要影响。
3. 流变应力与组织性能的关系通过对比流变应力数据和组织性能观察结果，我们发现流变应力与组织性能之间存在密切关系。
X80高强度高韧性厚壁管线钢及高速埋弧焊接头性能
据推算
…
，
采用
，
X 10 0
管材 比
X65
和 X70 管
～
材 费 用 节 约 3 0 ％ 左 右 节 约 管线 建 设 成 本
因此 世 界
，
一
10 ％
12 ％
。
些 发达 国家都在不 断开 发 高钢 级 管线 钢
X80
，
及 其 焊 管 目前 全 球 已 建 成
，
钢级输气管线 总 长 约
由美 国
E lp a
．
；
．
平
36
该 试 件 在 弯 曲过 程 中 焊 缝 正 面 承 受 拉 应 力 背 面 承 受
压 应 力 ；背 弯表 示 的 情 况 正 好 与 正 弯 相 反
。
均 断后 伸 长 率 ( 19
05 ％
) 是 母 材 ( 14
，
)的
1
倍
。
接头 断 裂 在 焊 缝 中心 在 正 弯 角 和 背 弯 角 达 到
．
化学 成 分
X 80
管 线 钢 具 有 高 强 度 高 韧 性 良好 的 焊 接 性 能
、 、
和
一
定 的抗 腐蚀 能 力
，
。
在成分设 计 上 采用 超低碳 微 合
、
金 化 通 过适量 添加 Nb
6
．
电焊 机
，
接 头 弯 曲试 件
7 # 工
30 ( 1 )
，
3
—
通过观 察图 6 可 知 在
，
艺 参数 组 合下 获得 的
18 0
。
。
[3 ] [4 ] [5 ]
栾 国红 关
X80大变形管线钢组织调控与性能的研究
X80大变形管线钢组织调控与性能的研究大变形管线钢的主要组织是双相组织,它通过低碳或超低碳的多元微合金化设计和特定的控轧控冷技术,在较大的厚度范围内分别获得贝氏体/铁素体(B+F)和贝氏体/马氏体/奥氏体(B+M/A)双相组织。
本试验以X80大变形管线钢的研发为目的,采用Gleeble-3500型热模拟试验机模拟试验钢的热处理过程,借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析方法,分析X80大变形管线钢在不同工艺下得到的不同贝氏体体积分数的双相钢组织及性能。
结果表明:不同工艺下的双相钢组织主要为贝氏体和铁素体,由于各工艺参数的综合作用,试验钢中的贝氏体体积分数、硬度、强度、延伸率、加工硬化指数均有所变化;透射分析表明,本试验钢中存在Nb和Ti的析出物,起到了析出强化的作用。
通过对奥氏体化温度、保温温度、保温时间和冷却速度的控制,分析了工艺参数对两种方案下双相钢组织的影响。
结果表明:奥氏体化温度升高,保温温度升高,保温时间减小和冷却速度的增大,都有助于贝氏体的体积分数提高。
较低的奥氏体化温度有利于减小双相钢中的晶粒尺寸。
随着贝氏体体积分数增大,试验钢的强度增大,硬度增大;然而,试验钢的延伸率和加工硬化指数越小,塑性变差。
综合对比两种方案,试验钢在较低的奥氏体化温度(1050oC)下的整体性能优于高的奥氏体化温度(1100oC)下的性能。
X80管线钢焊接热影响区组织和性能分析
注。目前 ，Ｘ ０管线钢作为新一代高性能管线钢 ８
已进 入规模 化应 用 阶段 ，国家 西气东 输二 线工 程
已大 量采 用 Ｘ ０管 线 钢 。通 过 微 合 金 化 和 控 轧 ８ 控 冷技 术 ，Ｘ ０管线 钢母材 的强 韧性 已基 本满 足 ８
ｒ ｌｅ ｔｉ ｎ ｅ ｅ ｓｔ ａ ｉｎ ｆｄｆｅ ｅ ｔｗｅｄ ｎ ｅ ｔｃ ｃｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉｄｉａｅ ｔ ａ ｅ ｃ ａｓ — ｏ ｌｄ ｓｒｐ ｕ ｄ ｒｔ ｉ ｔ ｓｏ ｉｆｒ ｎ ｌ ｉ ｇ ｈ ａ ｙ ｌｓ ｈ ｅ ｕｔ ｎ ｃ ｔ ｔｔ ｏ ｒ ｅ ｈ ｕ ｏ ｈ ｈ ｇ ａ ｎ ｚ ｎ ｘｓｅ ｎ ＨＡＺ ｈ ｓ ｗｅ ｋ ｒｔ ｕ ｈｎ ｓ ｎ ｅ ｏ ｉｔ ｎ ｓ ． Ｔ ｅ ｂ ｉ ｅ ｅ ｓ ｏ ｏ ｒ ｅ ｒ ｉ ｏ ｅ ｅ ｉｔｄ ｉ ａ ａ ｅ ｏ ｇ ｅ ｓ ａ ｄ ｓ ｒ ｕｓｂｒｔｌ ｅ ｓ ｈ ｒｔ ｎ ｓ ｆ ｃ ａ ｓ — ｉ ｅ ｌ ｔ ｚ ｎ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｇ ａｎ ｓｚ ｈ ｅ ｉ ｃｅ ｓｎ ａ ｔｔ ｆｇ ａ ｕ ａ ａ ｎｔ ｎ ｐ ｅ ａ ｎｔ ｓ ｏ ｅ ａ ｃ ｅ ｏ ｃ ａ ｓ ｉ ｉｅ，ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｑｕ ｎ ｉｙ ｏ ｎ ｌ ｂ ｉ ｉ ａ ｄ ｕ ｐ ｒ ｂ ｉ ｉ ａ ｉ ｒ ｒ ｒ ｅ ｅ ｗｅｌ ａ ｏ ｈ ｒ ｕ ｂ ａ ｃ ｌｗ ｎ ｄ ｌ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｔａ ｓｏｍａ ｏ ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ． Ｔ ｅ ｍｐ ｃ ｌ ｓ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ｏ ａ ｄ ｍｉ ｄ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｆｒ ｔ ｎ ｌ ｉ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｈ ｉ ａ ｔ ｔ ｕ ｈ ｅ ｓ ｆ ｃ ａ ｓ ・ ａｎ ｏ ｅ ｅ ｒ ａ ｅ ｗｉｈ ｈ ｉ ｃ ｅ ｎ ｏ ８５ Ｒｅ ｎ ｄ ｇ ａｎ ｏ ｅ ｓ ｈ ｅ ｏ ｇ Ｈ ｓ ｏ ｏ ｒ ｅ ｇ ｉ ｚ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｔ ｅ ｎ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｔ／． ｒ ｉ ｆ ｅ — ｒ ｉ ｚ ｎ ｉ ｔ ｓｆｅ ｉ ｇ ｚ ｎ ｎ ＨＡＺ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｆｅ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔｉ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｅ ｉ ｃ ｅ ｎ ｆｈ ａ ｎ ｕ ． ｏ ｔｎ ｎ ｏ ｅ ｉ ｎ ｏｔ ｎ ｎ ｏ ｔ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｔ ｎ ｒｍｅ ｔｏ ｅ ｔｉ ｐ ｔ ｈ ｈｈ Ｋｅ ｒ ｓ Ｘ８ ｙ Ｗｏ ｄ ０， ｃ ａ ｅ ｇ ａ ｎ ｚ ｎ ｏ ｒ — ｉ ｏ ｅ， ｔｕ ｈ ｅ ｓ ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ｓ ｒ ｏｇ ｎ ｓ， ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ
X80高钢级管线钢组织与力学性能
X80高钢级管线钢组织与力学性能张小立【摘要】在所选用的4种X80高钢级管线钢中,经过夏比冲击试验、拉伸试验和屈强比计算,发现其力学性能与其组织有很好的对应性. 研究结果表明,针状铁素体和细小弥散的贝氏体相结合的组织是X80钢的理想组织形貌,该组织可以使得材料的强度达到最高,而屈强比接近于0.85,从而达到强韧性的很好匹配. 该组织的强韧性原理类似于短纤维和颗粒增强复合材料.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2010(021)005【总页数】5页(P9-13)【关键词】X80高钢级管线钢;力学性能;显微组织【作者】张小立【作者单位】中原工学院,郑州,450007【正文语种】中文【中图分类】TG142.1随着输气管道输送压力的不断提高，输送钢管也相应地迅速向高性能发展.高性能钢管保证了高压输送的安全性，使管道建设的成本大大降低.管道建成后，管道运营的经济效益更加良好.加拿大的统计分析表明，每提高一个钢级可减少建设成本7%［1］.提高输送压力意味着高效率，是天然气输运技术发展的趋势，但这必须以管道型材的高韧性、高强度作为安全性保障.这就为材料设计提出了更高的要求.目前，钢铁作为传统材料，面临着其他材料的竞争，铝、钛及其合金和塑料逐渐蚕食原本属于钢铁的领地.如果钢铁不想退出竞争，就必须保持成本和价格优势，不断地通过改善钢材内部组织结构，来提高性能、迎接挑战.在西气东输中，我国首次应用了X70级钢管，这是我国管线钢的一大进步，达到了国际水平，但是在管型的选择、材料的组织性能、材料热加工及断裂控制等几个方面遇到了一系列的难题，这些问题的解决对高压油气管线的经济性和安全可靠性至关重要，也是管线顺利建设的前提.目前，国际上X80－X120管线钢，都采用控轧控冷工艺获得优良性能.控轧钢的一个近代发展是控制冷却.轧后引入加速冷却，使γ→α相变温度降低，过冷度增大，从而增大了α的形核率；同时由于冷却速度的增加，阻止或延迟了碳、氮化物在冷却中过早析出，因而易于生成更加弥散的析出物.进一步提高冷却速度，则可形成贝氏体或针状铁素体，进一步改善钢的强韧性.有文献对X70钢的组织与性能已作过较多的研究［1］.本文拟对几个品牌的X80钢的组织与力学性能的对应性进行分析，并对X80高钢级管线钢理想的组织进行描述.试验研究材料包括2个钢级：X70和X80，拥有不同组织且分别购自国内外4个生产厂家，均为管线实际使用管材，或为管线研究开发的管线钢，化学成分见表1和表2.钢管规格：X70为φ1 016mm×21mm，X80为φ1 016mm×17.5mm，均为TMCP技术生产产品.光学金相在适当的放大倍数下，有利于掌握组织特征的全貌，另外，由于高强度管线钢往往组织细小，光镜下不易分辨其细微特征，因而高钢级管线钢的组织与断口分析结合扫描电镜SEM和光学金相.金相样品直接从试验钢板上切取，金相组织观察在MEF4M金相显微镜及图像分析系统上进行，观察面为平行轧向的样品正面，经粗磨、细磨、抛光和3%硝酸酒精腐蚀而成.从试验钢板端部垂直于轧制方向切取冲击样坯，经机床加工成7.5mm×10mm×55mm的夏氏V型缺口冲击试样.在10℃、0℃、－20℃、－40℃、－60℃、－80℃6种温度条件下，分别按照GB2975—82、GB／T229294标准规定，在JB2300B机械式半自动冲击试验机上进行冲击试验.拉伸试样均采用φ12.5mm 的试样，并按ASTM A370—2002标准规定，在MTS810—15自动拉伸试验机上进行.如图1所示，试验钢的冲击韧性随温度的降低而减小，且在10℃～－40℃区间下降趋势较小，在－40℃～－80℃区间下降趋势较大.如图2所示，高钢级管线钢的金相组织是由B（以B粒为主）＋PF＋P组成，其中B（贝氏体）、PF（多边铁素体）、P（珠光体）均为典型的AF组织.为了准确掌握各高钢级管线钢的相组织形态，进一步对其进行了SEM扫描电镜观察，其组织如图3所示.从图3可以看出，X80和X70管线钢的区别在于贝氏体相的多少，在X70管线钢中，很明显贝氏体相要少于X80管线钢，且前者的分布均匀性较后者差；另外，对于1＃和2＃X80管线钢，铁素体形状都显示被拉长，成细条状，呈典型的针状铁素体形貌，而3＃X80和4＃X80的铁素体晶粒呈等轴多边形；在铁素体晶内和晶粒界面处，以上高钢级管线钢都存在由M—A岛构成的贝氏体粒，所不同的是2＃X80和4＃X80的贝氏体粒细小弥散，而1＃X80和3＃X80的贝氏体粒较为粗大，成片状.同以上各X80管线钢相比，3＃X80的贝氏体组织所占比例很高.因而由以上可见，2＃X80应该拥有极佳的力学性能，而3＃X80应该拥有较高的强度和硬度.目前，对于不同种类的高强度钢，分别建立了“形变诱导铁素体相变（DIFT）”、“驰豫析出控制相变（RPC）”和“针状铁素体”3种理论体系.针状铁素体管线钢的形成过程为：低碳微合金管线钢在奥氏体再结晶温度区间粗轧后，在奥氏体未再结晶温度Tnr～Ar3的温度区间进行轧制，或进入Ar3以下的γ＋α两相区进行轧制，终轧后冷却速度控制在10～30℃／s，终轧温度在400～600℃，最终获得超细化的针状铁素体结构.由于各厂家在生产高钢级管线钢的过程中，选择的轧制工艺、冷却速率及最终的热处理工艺不同，致使管线钢形成的针状铁素体晶粒度不同、含量不同［2］.针状铁素体是低碳钢（C＜0.15%）典型的贝氏体组织，由带有高位错密度的板条铁素体晶粒组成，若干铁素体板条平行排列构成板条束，一个奥氏体晶粒可形成很多板条束，板条界为小角度晶界，板条束界面则为大角度晶界.针状铁素体所以具有较高的韧性，是因为裂纹在扩展过程中不断受到彼此咬合、互相交错分布的针状铁素体的阻碍.而弥散分布的贝氏体粒，可以起到细晶强化和韧化的作用［2］.这是因为韧性代表了材料抵抗变形和断裂的能力.由于晶粒细小，外力可以由更多细小的晶粒所承受，晶粒内部和晶界附近的应变度相差小，因而材料受力均匀，应力集中较小，裂纹不易形成.即使产生了裂纹，由于晶粒细小，晶界较多，而且相邻晶粒具有不同的位向，于是当塑性变形或微裂纹由一个晶粒穿越晶界进入另一晶粒时，塑性变形或微裂纹将在晶界处受阻.同时，一旦塑性变形或微裂纹穿过晶界后，滑移方向或裂纹扩展方向发生改变，必然消耗更多的能量.以上因素均促使裂纹形成和扩展的能量提高，即表现为韧性的提高.实际上，由位于晶界的细小弥散贝氏体粒和针状铁素体形成的高钢级管线钢组织，就相当于短纤维增强和颗粒增强的复合材料.短纤维具有使裂纹偏转反射的作用，而位于晶界的硬相—贝氏体粒可以使变形中的位错钉扎，从而使强度进一步提高.关于贝氏体粒是硬相的说法，可见图4所示高钢级管线钢中铁素体相和贝氏体相能谱分析结果.表3所示为高钢级管线钢中各相的元素能谱分析结果.从表3可以看到，在贝氏体中，C、Mn含量都较铁素体中高.Mn具有降低钢液中的氧含量，消除硫的有害影响，从而提高钢的强度和硬度的作用.C是决定钢材性能的最主要元素，C含量高意味着其强度、硬度增高［3］.因而贝氏体中的高C、Mn含量使得贝氏体相拥有较高的强度和硬度，增加组织中的贝氏体含量将使得钢材整体强度和硬度提高.不同高钢级X80管线钢的抗拉强度和屈强比的对比分别见表4和表5.从表4可知，抗拉强度从高到低的顺序为2＃＞1＃＞4＃，这和显微组织的预测结果是一致的；另外，X70管线钢的抗拉强度最低，这和其与上述X80相比较有粗大的晶粒尺寸和较少的贝氏体含量是一致的.而屈强比从高到低的顺序为4＃＞1＃＞2＃（表5）.管线钢管的屈强比（屈服强度与抗拉强度之比）是钢管抵抗破裂的重要参数，它表示了材料从屈服到最后断裂过程中的变形能力［4］.以往世界上各石油公司的天然气管线钢管的技术条件对屈强比的限定值多数在0.85以下，根据此规范只有2＃X80管线钢达到要求.但在管线钢管的强度水平有了很大提高之后，较低的屈强比要求与高强度钢管的发展产生了矛盾.现有的技术规范中，API 5L规定，冷扩径钢管屈强比不允许超过0.93；ISO3183－3规定，钢级低于X52的钢管屈强比不允许超过0.90，钢级超过X52的钢管屈强比不允许超过0.92.EPRG研究表明，在钢管承受内压变形时，环向变形存在一个极限值，该值取决于钢管的屈强比［5］.当屈强比升高时，环向变形极限值下降.环向变形极限值对应于钢管拉伸试验室的均匀伸长率.近年来的技术规范一般按照强度级别规定屈强比的限定值.对X65以上的钢管屈强比的限定值，一般都提高到0.90～0.92.最新的ISO和DNV规范都是如此.根据国外X70管线钢管的实物质量水平，我国西气东输管线的屈强比最大值定为0.90，其中5%的屈强比允许到0.92［6］.若根据此标准，也只有1＃和2＃X80钢符合要求.另外，根据2005年3月1日实施的Q／CNPC107－2005和Q／CNPC105－2005企业标准，对X80螺旋缝埋弧焊钢管用热轧板卷技术条件和热轧钢板技术条件，其屈强比要求为≤0.92，根据此标准，1＃和2＃X80钢全部符合要求，而4＃屈强比接近上限，并且只有部分符合要求.文献［7］也认为当X80管线钢中针状铁素体的比例增多时，材料将获得高的夏比冲击韧性，本文所得结论与其是一致的.然而根据屈强比的定义来看，对于1＃X80钢，由于其组织的针状铁素体和细小弥散贝氏体的形貌，使得该材料强韧性都得到了很好的匹配，因而是高钢级管线钢质量控制和发展的趋势.在X80高钢级管线钢中，针状铁素体和细小弥散的贝氏体相结合的组织是X80钢的理想组织形貌，该组织可以使得材料的强度达到最高，而屈强比接近于0.85，从而达到强韧性的很好匹配.【相关文献】［1］霍春勇.高压天然气高强度管线钢管关键技术研究［D］.西安：西安交通大学，2005.［2］张小立.X80高级管线钢组织图谱［J］.中原工学院学报，2010，21（4）：4－10.［3］李世柳.石油化工厂用钢材性能［J］.石油化工设计，1997，14（3）：58－66.［4］霍春勇，马秋荣，袁鹏斌，等.西气东输管线钢技术条件关键技术指标研究［C］／／.西气东输管道与钢管应用基础及技术研究论文集.北京：石油工业出版社，2004：11.［5］ Sloterdijk W，Nederlandse Casunie N V.Effect of Tensile Properties on the Safety of Pipelines［C］／／.EPRG Anniversary Meeting.Brussels：EPRG，1997：10.［6］王茂棠.西气东输管线用钢、钢管“技术条件”编制中的几个问题及回顾［J］.焊管，2003，26（2）：1－6.［7］ Hiroyuki Motohashi，Naoto Hagiwara，Tomoki Masuda.Tensile Properties and Microstructure of Weld Metal of X80Steel［J］.Materials Science Forum，2003，426－432：4013－4018.。
X80级高温轧制工艺管线钢的组织及性能
Ｔａｂ．１
表１ ＸＢＯ管线钢的力学性能 Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ ＸＳ０
００．００６０．来自１２０．０１８应变
图２ Ｘ８０管线钢的应力一应变曲线
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ Ｖｓ ｓｔｒａｉｎ ＣＵＩ＇Ｖｅ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ Ｘ８０
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ Ｘ８０，ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｏｎｅｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ Ｎｂ，
０．２∞，ａｎｄ Ｔｉ（ＣＮ）ｗｉｔｈ ｓｉｚｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ５０ ｎｍ ｔｏ
显微镜和ＪＳ胁５５００Ｌｖ型扫描电镜（ＳＥＭ）观察显
微组织，用Ｈ－８００型透射电镜（ＴＥＭ）观察试样组织 及析出物。
２试验结果
２．１显微组织及力学性能 由表１可见，经试验室两阶段控温轧制得到的
ＸＳ０管线钢具有良好的力学性能。当试验钢的屈服 强度达到６００ ＭＰａ以上时，其具有较高的抗拉强 度、良好的断后伸长率，具有较好的综合力学性能。 管线钢的屈强比是钢管抵抗破裂的重要参数。根据 ＡＰｌ５ＬＸ８０管线钢的技术条件，对屈强比的限定值 在０．９２以下，而国外大部分石油公司的规范都限制 屈强比不超过０．９０［２ｌ，根据此规范，试验用钢达到 要求。由图２可见，拉伸试验得到的应力一应变曲线 未出现明显的屈服平台，具有连续屈服行为，因而具 有较高的形变强化能力［３］。
ＹＩ Ｈａｉ－ｌｏｎｇ，ＤＵ Ｌｉｎ－ｘｉｕ，、）ｌ，ＡＮＧ Ｇｕｏ－ｄｏｎｇ，ＬＩＵ Ｘｉａｎｇ－ｈｕａ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００４，Ｃｈｉｎａ）
高应变时效抗力X80管线钢的显微组织和力学性能
的钢 的光 学 显微 照 片 ，可见其 基本显 微组织 同样
试 验钢 管 的夏 比冲击 和落 锤撕 裂试 验 结果 见
表 ２ 由表 ２可 见 ，所 有 试验 钢 管 均具 有 良好 的 。
表 ２ ２ ． ５４ｍｍ 厚 Ｘ８ Ｏ钢 管 的夏 比冲 击 和 落锤 撕 裂试 验 结 果
由针 状铁素体 和多边形 铁 素体 组成 。但 ＾ 仅双 相 ｙ ＋
ｒ ｓｓａ ｃ ｆＸ８０ ｓｅ １ ｅ ｉｔ ｎ ｅｏ ｔｅ ．
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｙ ｗ ｒ ：ｐｉ ｌｎ ｔ ｅ ；Ｘ８ ｐｅｉ ｅ ｓｅ ｌ ０；ｓｒ ｉ ｉｇ ｒ ｓｓａ ｃ ｔａｎ ａｇｎ ｅ ｉｔ ｎ ｅ；ｍｉｒ ｔｕｃｕｒ ｃ ｏｓｒ ｔ ｅ
０ 前 言
埋 地 管 线 常 常 会 遭 遇 多种 负 荷 ，包 括 输 送 流 体 造 成 的 内部 压 力 、热 效 应 产 生 的轴 向 力 以 及 土 壤 运 动 造 成 的 弯 曲 等 。最 近 ，在 埋 地 管 线 的设 计 和 评 价 中将 土 壤 运 动 作 为 关 注 的重 点 。 当埋 地 管 线 承 受 由 于 地 质 运 动 引 起 的不 断 加 剧 的 压 力 而 弯 曲 时 ，最 终 可 能 会 发 生 局 部 屈 曲 。 因 此 ，在 管 线 设 计 时 要 求 管 线 对 局 部 屈 曲 具 有
表 １ ５４ｍ ｍ 厚 Ｘ８ 钢 管 的 拉 伸 性 能 ２ ． ０
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随着输 气 管道输 送 压 力 的不 断 提 高 ， 送 钢 管也 输
相应 地迅速 向高性 能发展 ．高性 能 钢管 保 证 了高 压输 送 的安全性 ， 管 道建 设 的 成本 大 大 降低 ．管 道 建 成 使
后 ， 道 运 营 的 经 济 效 益 更 加 良好 ．加 拿 大 的 统 计 分 管
织 进行 描述 ．
１ 试 验
地 通过改善钢材 内部组织结 构 ， 提高性 能 、 接挑战． 来 迎 在 西气 东 输 中 ， 国 首 次 应用 了 Ｘ７ 我 Ｏ级 钢 管 ， 这 是我 国管线 钢 的一大 进步 ， 达到 了国际水 平 ， 是在 管 但 型的选择 、 料 的组织 性能 、 材 材料 热加 工及 断裂 控制 等
几 个 方 面 遇 到 了一 系 列 的 难 题 ， 些 问 题 的 解 决 对 高 这
试验 研究 材料 包 括 ２ 钢级 ： Ｏ和 Ｘ ０ 拥 有不 个 Ｘ７ ８， 同组织且 分 别购 自国 内外 ４个 生 产厂 家 ， 为管 线实 均
际使 用 管 材 ， 为 管 线 研 究 开 发 的 管 线 钢 ， 学 成 分 见 或 化 表 １和 表 ２ ．钢 管 规 格 ： ７ Ｘ ０为 ≠ １ １０ ｍｍ × ２ ６ １ｍｍ ， Ｘ ０为 ｌ０ ６ｍｍ × １ ． ８ １ ７ ５ｍｍ ， 为 ＴＭＣ 均 Ｐ技 术 生 产
有 很 好 的 对 应 性 ．研 究 结果 表 明 ， 状 铁 素体 和 细 小 弥 散 的 贝 氏 体 相 结 合 的 组 织 是 Ｘ ０钢 的 理 想 组 织 形 貌 ， 组 织 可 以 针 ８ 该
使 得 材 料 的 强 度 达 到 最 高 ， 屈 强 比接 近 于 ０ ８ ， 而 达 到强 韧 性 的很 好 匹 配 ．该 组 织 的强 韧 性 原 理 类 似 于短 纤 维 和 颗 而 ．５从
粒增强复合材料．
关 键 词 ： Ｘ８ ０高 钢 级 管 线钢 ；力 学 性 能 ；显微 组 织
中图 分 类 号 ： ＴＧ ４ ． １２１
文献标识码 ： Ａ
Ｄ ）： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ — ６ ０ ． ０ ０ ０ ． ０ （Ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ６ １ ９ ６ ２ １ ． ４ ０ ３ ｓ
如 图 ２所 示 ， 钢 级 管 线 钢 的 金 相 组 织 是 由 Ｂ 以 高 （ Ｂ粒 为 主 ） Ｐ ＋ Ｆ＋ Ｐ 组 成 ， 中 Ｂ（ 氏 体 ） Ｐ （ 边 其 贝 、Ｆ 多
产 品．
压 油气 管线 的经济 性 和 安 全 可靠 性 至 关 重 要 ， 是 管 也
线 顺利 建设 的前提 ． 目前 ， 际上 Ｘ ｏ 国 ８ —Ｘ１ Ｏ管 线 钢 ， 采 用 控 轧控 ２ 都
冷 工 艺 获 得 优 良性 能 ．控 轧 钢 的 一 个 近 代 发 展 是 控 制
光学 金相 在适 当的放 大 倍 数 下 ， 利 于 掌握 组 织 有 特征 的全 貌 ， 外 ， 另 由于 高强 度 管 线 钢 往往 组 织 细 小 ， 光镜 下不 易分 辨其 细 微特 征 ， 而 高钢 级 管 线 钢 的组 因
基 金 项 目 ： 士 后 基 金 项 目（０ ６３ ０ １ ） 博 ２ ０ ０ ９ ３ ９ 作者简介 ： 小立（９９ ， ， 张 １ ６ 一） 女 甘肃 威 武 人 ， 级 工 程 师 ， 士 高 博
中 原工 学 院学 报
表 １ Ｘ８ ０管 线 钢 化 学 成分
２ｌ Ｏ ０年
第 ２ 卷 ｌ
第 ２ 卷 第 ４期 １
２１ ０ ０年 ８月
中原 丁 学 院 学报
Ｊ） （ ＵＲＮＡＩ ＯＦ ＺＨ（ ＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩ ） ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨ ＮＯＩＯＧＹ
Ｖ ｏＩ２１ Ｎ Ｏ ４ ． ．
Ａｕ ｇ．， ２Ｏ１ Ｏ
文章 编 号 ｌ ６ １ ６ ０ （ ０ ０） ４ ０ ９ ０ １ ７ ～ ９ ６ ２ １ ０ —０ ０ ５
织 与 断 口分 析 结 合 扫 描 电 镜 Ｓ Ｍ 和 光 学 金 相 ． Ｅ
冷 却．轧后 引入加 速 冷却 ， ） ａ相 变温 度 降低 ， 使 ， 一 过
冷 度 增 大 ， 而 增 大 了 ａ的 形 核 率 ； 时 由 于 冷 却 速 度 从 同
收 稿 日期 ： ０ ０ ８ ２ ２ １ —０ —０
钢 铁 不 想 退 出 竞 争 ， 必 须 保 持 成 本 和 价 格 优 势 ， 断 就 不
有 文 献 对 Ｘ Ｏ钢 的 组 织 与 性 能 已 作 过 较 多 的 研 ７ 究 ］ ．本 文 拟 对 几 个 品 牌 的 Ｘ ０钢 的 组 织 与 力 学 性 能 ８
的对应性 进 行分 析 ， 对 Ｘ８ 并 ０高 钢 级管 线 钢 理想 的组
的增 加 ， 阻止 或延迟 了碳 、 氮化 物 在 冷 却 中过 早 析 出 ， 因而 易于 生成 更加 弥散 的析 出物 ．进一 步 提高 冷 却速 度 ， 可形 成 贝氏体 或针 状铁 素体 ， 则 进一 步改 善钢 的强
韧性 ．
析表 明 ， 提高 一个钢 级 可减少 建设 成本 ７ ｌ 每 ％＿ ． ｊ 提高输送压力 意味着高效 率 ， 是天然气 输运 技术 发 展 的趋势 ， 但这必 须 以管 道 型材 的高韧 性 、 高强 度 作 为 安全性保 障．这就 为材 料设 计 提 出了更 高 的要 求． 目 前， 钢铁作为传 统材 料 ， 临着 其 他材 料 的竞 争 ， 、 面 铝 钛 及 其合金和 塑料 逐 渐蚕 食 原本 属 于钢 铁 的 领地．如果
Ｘ８ ０高钢 级 管 线 钢 组 织 与 力 学性 能
张 小 立
（ 中原 工 学 院 ， 州 ４ ０ ０ ） 郑 ５ ０ ７
摘
要 ： 在 所 选 用 的 ４种 Ｘ ０高 钢 级 管 线 钢 中 ， ８ 经过 夏 比 冲击 试 验 、 伸 试 验 和 屈强 比计 算 ， 现 其 力 学 性 能 与 其 组 织 拉 发