装炉方式对X70管线钢组织和性能的影响
石油管线钢市场分析
石油管线钢市场分析 一、概况 1、简介 石油管线钢主要指用于制造输送石油的大口径焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。国际多采用美国石油协会规范(API5L)，通用为X系列，级别越高表示其强度及抗压性越大，如X42、X46为低强度管线钢，X52、X56为中强度管线钢，X60、X65、X70为高强度管线钢，X80、X100、X110为超高强度管线钢。不过管线钢强度级别的提高不是依靠C、Mn的提高来实现的，而是依靠轧制时的控轧控冷来实现的，通过控轧控冷得到超细晶粒的钢，强度级别高的钢种，需要添加微量元素，如Nb、V、B、Ti、Mo等，目前管线钢已成为低合金高强度和微合金钢领域内富有活力的一个重要分支。 石油输送管线管多由石油管线钢经过深加工(压力加工、焊接、热处理、机加工、表面处理、无损检测等)而成，一般板卷用于生产直缝电阻焊管(ERW)或埋弧螺旋焊管(SSAW)，中厚板制成厚壁直缝焊管(LSAW)。用无缝钢管作为输送油管的数量相对较少。 图 1 输油管线用(钢)管 目前我国石油输送管线钢屈服强度多为306—450MPa(约相当于X52～X65)，但随着石油需求量的不断增加，管道的输送压力和管径也不断地增大以增加其输送效率，考虑到管道的结构稳定性和安全性，还需增加管壁厚度和进步管材的强度，因此用作石油输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。
2、使用标准 目前在我国使用的油气输送管线（钢）管的主要技术标准有API SPEC 5L、GB／T 9711、ISO 3183。除对管线钢化学成分、冶金质量、力学性能、残余应力、可焊性等有严格的要求外，对成品的几何形状和尺寸例如外径、内径、壁厚、圆度、直度等结构完整性也都有要求。 表 1 输油管线（钢）管使用标准 上大多数石油公司都习惯采用API SPEC 5L规范作为管线钢管采购的基础规范，国内1985年才开始按API标准生产。不过API SPEC 5L是一个通用标准，技术要求显得比较松，而世界各地地理、气候等自然条件差别很大，输送介质的性质也不尽相同，因此，很多石油公司将API SPEC 5L视为一个基础标准，在该标准基础上，根据当地实际情况或管线的具体要求，制订质量技术补充技术规范(技术条件)。 （2）ISO 3183—l(—2、—3)(石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分：A级钢管／第二部分：B级钢管／第三部分：C级钢管)是国际标准化组织制定的关于油气输送钢管交货条件的标准，根据钢管不同的服役条件，分成A、B、C三个级别。 （3）GB／T 9711．1(一2)是中国标准化委员会管材专标委等同采用IS03183—l(—2)标准制定的石油工业用输送钢管交货技术条件。对钢管的化学成分、力学性能、止裂韧性、焊接性能等提出要求。 （4）DNV OS—F101(海底管线系统)是挪威船级社专门针对海底管线而制定的规范。涉及内容很广泛，包括管线设计、材料、制造、安装、检测、运行、维护等各方面。单就对钢管的技术要求，通常比API 5L要严格。
材料结构组织与性能 带答案
一、什么是材料？三大材料材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和各种性能的物质，是人们生活及组成生产工具的物质基础。金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料 二、材料的性能分类使用性能(物理性能、化学性能、力学性能)，工艺性能（工艺性能是指材料在各种加工和处理中所应具备的性能，如铸造性能、锻造性能、切削性能、焊接性能和热处理性能等） 三、材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速度）联合作用下所表现出来的行为。金属材料的力学性质决定与材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，也决定与载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉、压、弯、扭、剪等）、温度和环境介质等外在因素。1. 强度指标弹性变形阶段的强度指标（弹性极限σe =F e/A0（MPa）式中：σe为e点对应的应力，F e为e点对应的载荷，A0为试样原始截面积。弹性模量σ=Eε，其中比例系数E 即是弹性模量）塑性变形阶段的强度指标（屈服极限σs=F s/A0（MPa）屈服强度σ0.2=F0.2/A0（MPa）在S点附近，此时应力应变曲线上出现一个平台，表示材料开始产生塑性变形，其对应的应力叫屈服极限σs。但对于大多数合金钢或淬火回火材料，应力应变曲线无屈服平台出现，此时，规定以产生试样原始长度0.2%的塑性变形所对应的应力作为条件屈服极限，称为屈服强度σ0.2。抗拉强度σb=F b/A0（MPa））断裂阶段的强度指标（断裂强度σk）2.塑性指标延伸率（δ=ΔL/L0×100%=（Lf-L0）/L0×100%）断面收缩率ψ=（A0-A1）/A0×100%式中A0为试样原始横截面积A1为试样断裂后缩颈处的最小横截面积。3.韧性指标冲击韧度(a k=A k/A N（J/m2）式中A N为试样缺口根部的原始截面积。)断裂韧度静力韧度4.硬度指标布氏硬度(HB球压头测定试样表面的压痕直径d) 洛氏硬度(HR圆锥压头测深度) 维氏硬度(HV 四棱锥压头同布) 肖氏硬度(HS从一定高度处自由落到试样表面，根据冲头的回弹高度来表征材料硬度的大小) 四、应力应变曲线设试样单位面积的载荷为应力σ，试样单位原始长度的伸长为应变ε，则得到应力-应变曲线。在拉伸载荷作用下，材料经由弹性变形——屈服——塑性变形——断裂等几个阶段。 五、金属的键结构金属的原子结构特征是最外层电子少，易于脱落，而形成自由电子自由电子可以在金属中移动而形成所谓的电子云。电子云带有负电，另一方面失去电子的金属原子带有正电而成为阳离子，因此，电子云和阳离子之间所作用的引力和离子相互间及电子相互间的斥力之间形成平衡而发生结合。这种结合叫做金属键。金属晶体因为有自由电子的存在，其导电性、导热性好，并且结合力的方向性小，原子会尽量高密度排列，富于延展性，强度的变化范围大。 六、金属的晶体结构 1.晶体指其内部原子（分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物体。2.晶体结构金属的许多特性都与晶体中原子（分子或离子）的排列方式有关，因此分析金属的晶体结构是研究金属材料的一个重要方面。3. 阵点把晶体中的原子（分子或离子）抽象为规则排列于空间的几何点。 4.晶格用一系列平行直线将阵点连接起来，形成一个三维的空间格架三种常见的晶体结构。 5.晶胞从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来研究晶体结构。6.晶格常数为了描述单位晶胞的大小和形状，以单位晶胞角上的某一阵点为原点，以该单位晶胞上过原点的三个棱边为三个坐标轴X、Y、Z（称为晶轴），则单位晶胞的大小和形状就由这三条棱边的长度a、b、c描述，称为晶格常数。 7.轴间夹角通常α、β和γ分别表示Y-Z轴、Z-X轴和X-Y轴之间的夹角α、β、γ。晶格常数（a、b、c）和轴间夹角（α、β、γ）是描述晶体结构的6个参数。面心立方结构“fcc”，体心立方结构“bcc”，密排六方结构“hcp”。 七、单晶体与多晶体由很多晶粒组成的，叫多晶体。晶粒之间的界面称为晶界。每一晶粒相
国内管线钢标准应用现状分析
收稿日期:2005-11-10 作者简介:潘丽梅(1977～),女,助理工程师,从事板带钢生产技术研究工作。 国内管线钢标准应用现状分析 潘丽梅 谢艳峰 (首钢技术研究院 北京 100041) (冶金工业信息标准研究院 北京 100730) 吴建伟 (中国标准出版社秦皇岛标准资料发行所 河北秦皇岛 066001) 摘 要:简要介绍了国内管线钢的组织分类及其特性要求,并对国内管线钢目前应用标准情况进行了分析研究。 关键词:管线钢;特性;标准应用 中图分类号:TG 335.7 文献标识码:B 文章编号:1003-0514(2005)06-0030-03 The actuality analyses about internal pipeline steel standard application PAN Li -mei (Shougang Research Institute of T echnology ,Beijing 100041,China ) XIE Y an -feng (China Metallurgical In formation &S tandardization Research Institute ,Beijing 100730,China ) W U Jian -wei (S tandards Press of China ,Qinhuangdao S tandards Fiter Issue Depantment ,Qinhuangdao 66001,China ) Abstract :Introduce the internal pipeline steel structure and characteristic ,and analysis the present situation about the inter 2nal pipeline steel standard. K ey w ords :pipeline steel ;characteristic ;standard application 在我国管道建设的不同阶段,管线钢的发展变化 非常迅速。20世纪50～70年代管线钢主要采用A3钢和16Mn 钢;70年代后期和80年代采用从日本进口的TS52K 钢(相当于X52级钢);90年代,管线钢主要采用的X52、X60、X65级热轧板卷大多数由宝钢和武钢生产供应。“八五”期间成功研制和开发了X52-X70级高韧性管线钢,并逐步得到广泛应用。西气东输工程采用了X70级管线钢。目前针对X80高钢级管材的研究和应用,石油部门与冶金部门联合开展了10余项国家基础攻关、应用基础研究和技术开发项目,其中包括国家“973”项目“高强度管线钢的重大工艺基础研究”,中油集团技术开发项目“X80管线钢管的开发与应用”,“X80管线钢的焊接及高韧性焊材选择”等等。本文针对目前国内管线钢标准应用现状 进行了系统研究。 1 管线钢的组织分类及其特性 随着合金设计、冶炼水平和轧制工艺的发展,具 有不同特性,适用于多种条件的管线钢已经生产,它应用了微合金钢发展的一切成果。铁素体-珠光体组织为第一代微合金管线钢,强度级别X42-X70;针状铁素体管线钢为第二代微合金管线钢,强度级别范围可覆盖X60-X90。其中管线钢的组织结构是决定其使用性能和安全服役的内部根据。目前,按照组织形态归类,管线钢具有以下3种典型的类型:1.1 铁素体-珠光体钢和少珠光体钢 60年代后期在国外发展起来的第一代管线系列钢(X52-X70强度级),称为铁素体-珠光体管线钢。 03冶金标准化与质量 第43卷
钢材性能有影响
钢材性能有影响？ 1．化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分
管线钢综述
综述 管线钢指用于输送石油、天然气等的大口径焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。随着石油、天然气消费量的增长，其输送的重要性显越发突出，尤其是长距离输送。而提高输送效率，提高输送的经济效益就要通过加大输送管道口径，提高输送压力来解决。从而提高了对高级别、高性能管线钢的需求。 国外高级别管线钢呈现强劲的发展趋势，从20世纪70年代初期X65管线钢开始投入使用，80年代X70级管线钢逐渐被引入工程建设，1985年API标准中增加了X80钢级，随后X80开始部分在一些管线工程中使用，并很快就投入到X100和X120管线钢的开发试制工作。有关X100最早的研究报告发表于1988年，通过大量工作已形成很好的技术体系。高级别管线钢概述我国管道建设正处于大力发展阶段，因此管线钢的发展也非常迅速。20世纪50~70年代管线钢主要采用A3钢和16Mn钢；70年代后期和80年代采用从日本进口的TS52K钢（相当于X52级钢）；90年代，管线钢主要采用的X52、X60、X65级热轧板卷主要由宝钢和武钢生产供应。“八五”期间成功研制和开发了X52~X70级高韧性管线钢，并逐步得到广泛应用。西气东输工程采用了X70级管线钢并逐渐向X80过度。国内管线钢生产技术现状分析由于市场要求单管输气量不断提高。我国早期四川、西北地区的天然气管道采用X52及以下钢级、426mm以下管径的管线钢管，设计年输气量在10亿m3/a以下；陕京一线第一次采用了X60钢级、
D660mm管线钢管设计年输量提高到33亿m3/a；西气东输一线采用X70钢级、D1016mm管线钢管，设计年输量提高到170亿m3/a；最近建设的西气东输二线管道，采用X80钢级、D1219 mm管线钢管，设计年输量提高到300亿m3/a。 这种单管输气量不断提高的趋势仍在持续。当前国际上新一轮巨型天然气长输管道，单管输气量将达到450亿-500亿m3/a的水平。干线一般采用X80钢级，具有输送距离长、采用更高工作压力和大管径输送的特点。 一个具有代表性的项目是正在建设的俄罗斯巴甫年科沃-乌恰天然气管道。管线长度1100km，采用1420mm管径和K65（类似于X80）钢级，输送压力11.8MPa，单管设计输气量约500亿m3/a，计划于2012年第三季度进行系统调试。 另一个有代表性的项目是拟在北美建设的阿拉斯加北坡天然气外输管道，管道的输送能力约465亿m3/a，管线长度2737km，采用1219mm管径和X80钢级，将阿拉斯加北坡丰富的天然气资源输送到加拿大和北美市场。 我国也已在规划研究未来多条西气东输管道（西三线~西八线）的方案。包括将单管输气量提高到400亿~500亿m3/a的多种方案都在研究之中。 由于西气东输二线采用的X80钢级、管径1219mm，12MPa工作压力的方案只能达到300亿m3/a的输气能力，要将输气能力进一步提高到400亿-500亿m3/a，只能进一步提高输送压力和管径。
管线钢综述
管线钢综述 欧阳高凤 摘要：本文对管线钢的大概发展历程、成分冶金、显微组织、力学性能、轧制工艺、焊接性及焊接工艺进行了论述，从而能够了解管线钢的发展，为课题研究打下基础。 关键词：管线钢成分显微组织力学性能生产工艺焊接工艺发展 1 管线钢的大概发展历程 半个多世纪以来，随着石油和天然气的开发和需求量的增加，从而带动了管线钢的发展。由于管道运输具有经济、方便、安全等特点，进入二十一世纪以来，管线钢呈现蓬勃发展的趋势。我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。我国开始按照API标准研制X60、X65管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管线铺设。90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢，随后成功研制了X80管线钢，X70和X80管线钢已大量应用于油气管道运输中。近几年开发的高强韧的X100和X120管线钢还处在试验阶段，应用方面还比较少。 在我国，石油、天然气的运输基本上已经实现了管道运输。但是与世界上工业发达国家相比，国内的管道运输在质量上和数量上都存在很大差距。中国虽然为世界的主要石油出产国之一，但输油输气的管道不足世界管线总长度的百分之一，而且普遍存在输送压力低、管径小的缺点。随着我国油气资源的进一步开发利用，西气东输的工程实施，油气管线向长距离、大口径发展是必然趋势。下面从管线钢的冶金成分、显微组织、力学性能、生产工艺及焊接工艺等方面，进一步较详细的介绍管线钢的发展。 2 管线钢的冶金成分的发展 管线钢和其他的微合金钢一样，都是在传统的C-Mn钢的基础上加上合金元素。合金元素主要以Nb、Ti、V或少量的Mo、Cu、Ni、Cr及B为主，以这些合金元素来对管线钢进行合金设计，以达到不同的强度等级及性能要求。 管线钢的冶金成分的发展大致经历三个阶段。第一阶段为1950年以前，是以C-Mn和C-Mn-Si钢为主的普通碳钢，强度级别在X52以下。第二阶段为1950-1972年，在C-Mn钢的基础上引入微量的Nb、Ti、V，通过相应的热轧和轧后处理工艺，提高了钢的综合性能，生产出X60及X65级别的钢。第三阶段为1972年至今，这一阶段合金化的发展特点为微合金的多元化，相继又加入少量的Mo、Cu、Ni、Cr及B，结合控轧控冷的新工艺，生产出综合性能优异的管线钢，主要以X70和X80管线钢为主，X100和X120管线钢在试验研究阶段。 下面具体论述以下管线钢中这些合金元素或微合金元素的作用及添加量。2.1 碳 碳是最传统的合金元素、强化元素，而且也是最经济的元素，但它对钢的可焊性影响很大。碳是影响焊接性能最敏感的一个元素，所以20多年来管线钢的碳含量是逐步趋向于低碳或超低碳方向发展。而且随着含碳量的增加，韧性下降，偏析加剧，抗HIC和SSC的能力下降。因此，随着管线钢级别的提高，碳含量应逐渐降低。管线钢的含碳量从开始的1.0%左右逐步降低，最低可达到0.01%。
钢的组织与化学成分对钢材性能的影响
钢的组织与化学成分对钢材性能的影响 一、钢的组织及其对钢性能的影响： 钢材是由无数微细晶粒所构成，碳与铁结合的方式不同，可形成不同的晶体组织，使钢材的性能产生显著差异。 1、钢的基本组织： 纯铁在不同温度下有不同的晶体结构： 钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式为：固融体、化合物和机械混合物。 下表列出了钢的四种基本组织及其性能。 钢的基本晶体组织 2、晶体组织对钢材性能的影响： 碳素钢的含碳量不大于0.8%时，其基本组织为铁素体和珠光体；含碳量增大时，珠光体的含量增大，铁素体则相应减少，因而强度、硬度随之提高，但塑性和冲击韧性则相应下降。
二、钢的化学成分对钢性能的影响： 钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响： 1、碳。 碳是决定钢材性能的最重要元素。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。 随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。 一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。 2、硅。 硅是作为脱氧剂而残留于钢中，是钢中的有益元素。 硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度和硬度以及耐蚀性，而对塑性和韧性无明显影响。但当硅含量超过1.0%时，将显著降低钢材的塑性和韧性，增大冷脆性实效敏感性，并降低可焊性。 3、锰。 锰是炼钢时用来脱氧去硫而残留于钢中的，是钢中的有益元素。 锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度，但塑性和韧性略有降低。但钢材中含锰量太高，则会降低钢材的塑性、韧性和可焊性。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。 4、磷。 磷是钢中很有害的元素。 随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。 磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在经过合理的冶金工艺之后，低合金钢中也将磷可配合其他元素作为合金元素使用。
冶炼管线钢生产工艺
冶炼管线钢的工艺设计
摘要： 本文主要介绍了管线钢的基本概念，技术要求，及冶炼X65工艺过程中的一些具体措施和参数。最后介绍了轧制过程中的具体方法和参数及实验结果 前言： 该片文章主要研究了管线钢X65在冶炼和轧制过程中需要采取的相应措施，以及采取这些工艺措施的原因，对最后获得钢采取试验测试的方法来验证其化学和力学性能是否满足要求。 1.管线钢的概述 1.1概念 管线钢主要用于石油、天然气的输送。制造石油天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（LPS）。目前管线钢的型号主要有X60、X65、X70、X80、X100等。 1.2管线钢类型 管线钢可分为高寒、高硫地区和海底铺设三类。从油气输送管的发展趋势、管线服役条件、主要失效形式和失效原因综合评价看，不仅要求管线钢有良好的力学性能，还应具有耐负温性、耐腐蚀性、抗海水和HSSCC性能等，在成分和组分上要求“超高纯、超均质、超细化”。 1.3技术要求 (1)高强度。管线钢的强度指标主要有抗拉强度和屈服强度。在要求高强度 的同时，对管线钢的屈强比（屈服强度与抗拉强度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范围内。 （2）高冲击韧性。管线钢要求材料应具有足够高的冲击韧性（起裂、止裂韧性）。对于母材，当材料的韧性值满足止裂要求时，其韧性一般也能满足防止起裂的要求。 （3）低的韧脆转变温度。严酷地地域、气候条件要求管线钢应具有足够低的韧脆转变温度。DWTT的剪切面积已经成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。一般规范要求在最低运行温度下试样断口剪切面积≥极85%。 （4）优良的抗氢致开裂（HIC）和抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）性能。 （5）良好的焊接性能。钢材良好的焊接性对保证管道的整体性和野外焊接质量至关重要。 这其中难点和重点是高韧性，高强度、高韧性是通过控冷技术得到贝地、氏体铁素体组织来保证的。 对于优质管线钢，夹杂物含量应达到下表水平： 优质管线钢中有害元素含量的要求
基本热处理对45钢组织和性能影响
基本热处理对45钢组织和性能影响 作者：学号：班级：材料成型6班 小组成员： 关键词 45钢、热处理、组织、性能、正火、淬火、回火。 摘要 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能和工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却，使得钢的组织和性能发生改变。 45钢经过热处理后组织、性能也会发生显著变化。在热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方法是最重要的三个基本工艺因素，正确选择规范，是保证工件获得合格性能的关键。本文将介绍本次45热处理过程、问题分析和结果。通过45钢基本热处理结果来验证热处理给45钢的组织和性能的影响。同时着重介绍45钢的水淬（860℃）和中温回火（400℃）。 一、式样 二、处理工艺选择 860℃加热保温15min，直接在水中冷却至室温，然后中温400℃回火1h。 三、实验原理 所谓淬火就是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或Ac1 (过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（ V冷应大于V临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。 为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和 冷却速度。
（1）淬火温度的选择 选定正确的加热温度是保证淬火 质量的重要环节。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据 相图确定（如图4所示）。对亚共析钢，其加热温度为A c3＋30～50℃，若加热温度不足（低于A c3），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为A c1＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。 （2）保温时间的确定 淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的 总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。 表1 碳钢在箱式电炉中保温时间的确定 （3）冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢 淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度 大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织； 在这个 前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内 应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲
钢材的主要性能
一、钢材的主要性能 钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 二、钢筋的工艺性能 1、钢材的性能主要有哪些内容 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。 (1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗 拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。 屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。 抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。
X70管线钢微观组织分析
!"#管线钢微观组织分析 王春明 $鞍钢集团公司% 吴杏芳 $北京科技大学% 摘要!"#管线钢的微观组织表现为多种类型混合组织&主要有多边形铁素体’块状铁素体$准多边形铁素体%’针状铁素体’粒状贝氏体’珠光体和()*岛等+各类组织的比例随加工工艺不同变化较大+提高冷却速度和降低终冷温度可以增加针状铁素体的比例+冷却速度较低$,-).%时&组织中出现明显的珠光体+ 关键词!"#管线钢显微组织针状铁素体 */012.3.4/(3564.768578694:!"#;3<913/9=7991 >?@A B C D@E F@A $*/.G0/H64/0/I=7991J648
10Cr9MoVNb钢的组织和性能
10Cr9Mo1VNbN钢的组织和性能 与奥氏体类耐热钢相比，铁素体类耐热钢的蠕变断裂强度低。但是铁素体类耐热钢导热性能好、热膨胀系数小、抗应力腐蚀性能好，并且还具有抗核辐射效突性好、抗氦脆性好等特点。１０Ｃｒ9ＭｏＶＮｂ钢是铁素体类耐热钢，我们就该钢的热处理工艺对组织和性能的影响，特别是该钢在回火过程中组织变化规律进行了研究和分析。 １试验方法 试验钢是在成都无缝钢管厂用１０ｔ电弧炉冶炼，并重熔成Ｉｔ锭。试验钢的化学成分（％）为： Ｃ０．１０，Ｓｉ 0．３６，Ｍｎ０．４８，Ｓ０．００７，Ｐ０．０１２，Ｃｒ９．３８，Ｍｏ０．９３， Ｖ０．２４，Ｎｂ０．０８，Ｎ０．０５０，ＡＩ０．０４。 试验用料取自必１７２ｍｉｎＸ８ｍｍ的钢管。首先选择４个因素（奥氏体化温度，奥氏体化之后的冷却速度，回火温度，回火时间），３个水平进行正交试验，确定了最佳热处理制度。然后以最佳热处理制度处理一批试样，测定了室温拉伸性能、室温冲击韧性、６００℃瞬时拉伸性能和６００℃持久拉伸性能。另外，为了研究高温强化机理，着重研究了最佳正火条件下，回火温度对试验钢组织的影响。为此，用光学显微镜和电子显微镜观察组织，以电子衍射法分析析出相的结构，并以能谱分析法确定了相的成分。 ２试验结果 ２．１机械性能正交试验结果，热处理制度对试验钢的室温拉伸性能、室温冲击韧性和６００℃瞬时拉伸性能的影响，如表１所示。正交试验显著性分析结果如表２所示。由表可知，在试验条件范围内，奥氏体化温度和冷却速度对机械性能的影响一般来讲不显著；而回火温度和回火时间对机械性能的影响有的稍显著，有的显著。综合分析试验结果，试验钢的最佳热处理制度为在１０５０Ｃ奥氏体化ｌｈ，空冷，然后在７８０Ｃ回火ｌｈ。按此制度处理的试验钢性能为室温σb７１５ＭＰａ，δ5２４．４％，，Ψ７４．６％，，Ａk v１５０J；６００℃σ0.2３００ＭＰａ，σb３４０ＭＰａ，δ5３５．０％，Ψ８７．０％。 ２．２显微组织 ２．２．１正火试样显微组织试验钢正火（１０５０Ｃ，ｌｈ）试样显微组织如图表１。由图可知，试验钢正火组织主要是有大量位错缠结的板条状马氏体，另外还有少量自回火板条状马氏体和少量未溶碳化物。 ２．２．２因火试样光学显微组织正火之后在不同温度回火（ｌｈ）试样用光学显微镜观察发现，马氏体的板条形貌一直保持到４００℃，在更高的温度回火的试样，马氏体的板条状形貌逐渐消失，但是直至７８０Ｃ回火试样仍有部分板条状形貌隐约可见，如图Ｚａ所示。另外，７００Ｃ回火试样，用光学显微镜可观察到马氏体分解析出的细小碳化物。当回火温度升高到８００ｏＣ，可明显地观察到析出的碳化物。 ２．２．３回火试样电子显微组织用电子显微镜观察发现，在４００Ｃ以下回火试样马氏体板条完整，板条边界清晰可见，板条内有大量缠结的位错。５００℃和６００℃回火试样马氏体板条仍较完整，位错密度仍然相当大。７００℃回火试样仍然是板条状马氏体，但有的板条边界不太清楚，位错密度降低，位错缠结形成的胞状结构胞壁变薄。７８０℃回火试样位错密度进一步降低，可见，在５００’Ｃ以下回火试样中析出相为平行排列的针状碳化物，它分布在马氏体板条内。随着回火温度的提高，碳化物形状由针状变为粒状或杆状，板条界面上亦有析出。回火温度在５００℃以下，析出相为Ｍ6Ｃ型碳化物，６００℃回火时析出相为Ｍ2３Ｃ6型碳化物，７８０Ｃ回火试样中除Ｍ23Ｃ6型碳化物之外，还有ＭＣ型碳化物。能谱分析证明，Ｍ6Ｃ型碳化物中Ｍ主要是Ｆｅ，另外还有少量Ｃｒ；而在Ｍ23Ｃ6型碳化物中Ｍ主要是Ｃｒ和Ｆｅ，另外还有Ｍ。和Ｖ。随着回火温度的提高，Ｍ2３Ｃ6中Ｃｒ／Ｆｅ比值稍有增加。在７８０℃回火析出的ＭＣ型碳化物中，Ｍ主要是Ｖ，另外还有Ｃｒ、Ｎｂ、 ２．３持久拉伸性能和时效组织试验钢以最佳工艺进行热处理的试样，在６００’Ｃ做持久拉伸试验，其试验数据位于外国同类钢的持久拉伸性能数据带内。６００℃，１０5ｈ持久强度极限为１３０ＭＰａ。６００℃１４２３ｈ时效组织仍然有板条束形貌，并且胞状结构也明显可见。 ２．４讨论根据试验结果粗略计算，正火后７８０℃回火的试验钢基体中Ｃｒ含量为９．２３％，固溶强化
各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发
各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发 近年来，通过加强对碳锰钢、微合金钢及合金钢在轧制与冷却过程中的晶粒细化、析出与相变等的组织性能控制的基础与应用研究，在细晶高强钢、高级管线钢、高性能中厚板及特厚板、取向硅钢及先进汽车板等高性能冷轧带钢、新型铁素体不锈钢及双相不锈钢、高性能长材及管材等的工艺控制技术与产品开发方面取得了一大批重要成果，为轧制钢材的品质提升和国家经济建设作出了重大贡献。 1轧制过程组织性能控制研究及应用 1.1细晶和超细晶钢的研究开发及应用 近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。 这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。 1.2钢在形变、相变中的析出行为研究与控制 钢在形变、相变中的析出行为研究与控制是钢的组织性能控制的一个重要方面。通过大量的试验研究和生产实践证明，采用合理的冶金成分设计和轧制、冷却工艺控制，可以在钢中使大量的纳米尺寸粒子析出，使钢的强韧性得到显著提高。珠钢及涟钢等企业同高校合作，在TSCR线上通过实施高温大变形再结晶细化+冷却路径控制，实现晶粒细化与纳米粒子析出与分布控制，进而形成不同强韧化效果的组织性能柔性控制，开发生产出具有高成形性的低碳高强汽车大梁钢510L、550L、屈服强度500MPa~700MPa级钛微合金化高强耐候钢、600MPa和700MPa级低碳贝氏体工程机械用钢等系列高强韧钢，并进行了大批量生产和应用。经分析，微合金化高强钢中纳米粒子析出强化的贡献可达到150MPa~300MPa。 2 2250热连轧生产高级别管线钢的技术开发 中国近年先后投产的11套2000mm 以上宽带钢热连轧生产线为高级别管线钢等高性能高强钢产品开发提供了关键设备条件。2007年以来，首钢、太钢、马钢等钢铁企业利用2250热连轧生产线成功开发并大批量生产出18.4mm厚X80高级别管线钢。采用低C-高Mn-高Nb-少Mo-微V，或低C-高Mn-高Nb+适量Cr-Ni-Mo-Cu的成分体系设计，结合优化的TMCP 轧制工艺和低温或超低温卷取控制，获得以针状铁素体为主的高级管线钢复相组织，确保了厚规格产品的高强韧性和耐蚀性，保证了带钢全长组织性能的均匀性及良好的板形。2008年，首钢、太钢、马钢的2250热连轧生产线共生产了73.5万t X80管线钢，在中国的西气东输二线管线工程建设中发挥了关键作用。 3高性能高强度中厚板品种开发 3.1新型桥梁用钢的开发及应用 近年，武钢、鞍钢等企业采用TMCP技术开发了满足高强度、较低屈强比、焊接性、耐候性及低温冲击韧性要求的系列新型桥梁用钢，并应用于南京大胜关长江大桥等几十座跨江、跨海、铁路和公路桥梁建设。 武钢开发生产的WNQ570、WNQ690、14MnNbq桥梁钢的特点是：高强度，屈服强度大于等于420MPa；高韧性，-40℃Akv≥120J；良好焊接性，60mm以上厚钢板埋弧焊不预
材料的组织结构与性能的关系
第三章材料的组织结构与性能的关系 在第一章，我们特别强调指出微观结构不同性能会不同。上一章，我们进一步明确了微观结构的具体物理意义。微观结构具体怎样影响性能，有哪些客观规律，就是这一章大家要学习的内容。掌握了这些知识，将会为大家选用材料，研制新材料提供理论依据。 结构材料和功能材料的区分在于人们对于材料主要要求的性能不同。对于结构材料，材料的强度、韧性是主要要求的性能，这种性能对材料的组织、原子排列方式很敏感；而功能材料主要要求材料的声、电、热、光、磁等物理性能和化学性能，它们往往对组织不那么敏感，而对材料中的电子分布与运动敏感。所以本章分成结构材料和功能材料二部分来介绍。 结构材料在工业文明中发挥了巨大作用。大到海洋平台，小到一枚螺丝钉，它们所用材料都要考虑承载能力，都是用结构材料。面向2 1世纪，进一步发展空间技术、核能、海洋开发、石油、化工、建筑建材及交通运输等等仍然要依赖于结构材料。其中金属材料以前是，现代仍然是占主导地位；在一些关键部位或特殊环境下如高温、腐蚀条件下要用到结构陶瓷；高分子材料重量轻、耐腐蚀的优点使人们在一些承载低的工况下用它做结构材料；复合材料由于可利用各种材料之长，正成为大家关注的热点，其作为结构材料使用的场合不断增加。总之，这几类材料都可以作结构材料，但各有优缺点，通过学习大家要掌握这几类结构材料的特点和一些典型材料微观结构对性能的影响规律。 功能材料是当代新技术，如信息技术、生物工程技术、航空航天技术、能源技术、先进制造技术、先进防御技术……的物质基础，是新技术革命的先导，它的用量不大，但作用不小。金属材料、无机非金属材料、高分子材料中都有一些是功能材料，不同功能材料的复合更有可能开发出多功能的功能材料。由于这几类材料的声、光、电、热、磁各物理性质在本质上有共同的地方，所以功能材料部分我们按电、光、磁的顺序来介绍。这三种物理性质用的较多。对于电、光、磁本质的了解可以使我们容易理解形形色色的功能材料。 第一节结构材料 1. 材料在承载时发生的变化 1.1.1弹性、塑性、强度、韧性 无论是何种材料，在载荷的作用下，都要产生一些变化，我们管它叫变形。最明显的是，一根橡皮筋受拉会变长，去除拉力后又恢复了原样；但若是一根铁丝，我们可以很容易将其弯曲，但卸载后，弯曲形状还会保持。能恢复的变形称之为弹性变形，不能恢复的变形称之为塑性变形。显然，不同材料，发生弹性变形、塑性变形的难易程度不同。载荷与绝对变形的关系可用来评价材料的变形能力，但其中含有尺寸因素的影响。 工程上，是用应力与应变间的关系来衡量材料的变形能力。应力(T = P/A o。式中P为载荷。A o为试件的起始横截面积；应变 & = △ L / L o,即试件相对变形的大小。L o为试件的长度，△ L为在载荷作用下试件的伸长。 当材料发生弹性变形的时候，应力与应变呈线性关系，即(7= E & ,这就是著名的 虎克定律， E 被称为杨氏模量，一般称为弹性模量，是材料弹性性能的表征。从微观上讲，材料弹性变形是外力作用所引起的原子间距离发生可逆变化的结果。因此，材料对弹性变形的抗力取于原子间作用力的大小，也就是说，与原子间结合键类型、原子大小、原子间距离有关。 在工程上，绝大部分结构件和机器零件，都是在弹性状态下工作，不允许发生塑性变形。因此人们十分关注材料抵抗塑性变形的能力，表征这种能力的是一些强度指标。 图3-1 是低碳钢、陶瓷、橡皮的拉伸应力- 应变曲线。从中我们可以看出，陶瓷只有弹性变形阶段且弹性变形量很小，即只有应力－应变间呈直线关系段；橡皮的弹性变形所需载荷很小，弹性变形量很大；低碳钢弹性变形量小，塑性变形量较大。下面我们以合金钢的拉伸应力一