冷弯加工对X90管线钢组织与性能的影响

发布时间：2017-07-26 19:10

  本文关键词：冷弯加工对X90管线钢组织与性能的影响

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【摘要】：管线钢的冷弯加工是利用弯管机对钢管进行小角度弯曲,从而使钢管形成一定的角度以适应油气输送管道施工中复杂的地形需求,这在石油天然气长输管道工程中得到广泛应用。钢管在冷弯过程中其外观质量、力学性能、组织结构等发生变化,影响管线服役安全性。所以本文针对Φ1219×16.9mm的X90级管线钢管进行冷弯试验。采用液压伺服万能拉伸试验机、冲击试验机、维氏硬度计、SEM和TEM等仪器,从冷弯成形模拟分析、预应变实验、力学性能、组织结构、应变时效等方面进行研究分析。本课题利用Deform-3D有限元模拟软件对管线钢管冷弯过程进行模拟,发现冷弯管外弧侧的应力应变大于内弧侧,残余应力和应变主要分布于钢管与模具相接触的位置,且分布不均匀。通过改变单次成形角度和送进步距,分析冷弯管壁厚减薄率、椭圆度、褶皱度等参数的变化情况,确定最优的单次成形角度和送进步距分别为0.5°和300mm。对管线钢管进行现场冷弯,冷弯加工后试验结果表明管材的拉伸性能与预应变试验结果一致。管线钢管所承受的变形状态和变形量大小影响其应力应变曲线、强度、硬度和塑韧性特征。对于X90级管线钢冷弯管,承受拉应变比承受压应变对其力学性能影响更为显著。冷弯加工使得管材的应力应变曲线会由连续屈服特征转变为出现一个屈服平台,且变形量越大,该屈服平台越明显；随着变形量的增大,管材同一位置硬度由239.00提高到251.67,但不同位置的硬度值变化差异较大；冷弯管内外弧侧的屈服强度和抗拉强度从685MPa和770MPa分别增加到745MPa、778MPa和823MPa、814MPa;可见屈服强度的增幅要明显高于抗拉强度,故屈强比也随之增大,最高达到0.97；但其断后延伸率从22.4%分别降到19.6%和19.8%。冲击试验结果显示X90管线钢为完全韧性断裂,冷弯加工对其冲击韧性产生的影响较小,在-60-℃冲击功依然保持在240J以上,断口形貌为韧性断裂特征,未出现韧脆转变现象,表明管材具有良好的塑性变形能力和低温韧性。组织结构分析表明冷弯加工并没有改变管材的基体组织类型,但多边形铁素体和贝氏体组织形貌和数量发生改变,各组织内部和晶界部位中出现高密度位错等亚结构,M-A组元数量增多,由此造成管材的强度、硬度和塑韧性发生变化。对冷弯管进行不同温度时效处理发现,200℃时,冷弯管组织和性能受应变时效作用的影响较小。
【关键词】：冷弯加工 X90级管线钢管 组织结构 性能
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1;TG306
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 研究背景与目的8-9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 X90管线钢研究现状9-11
• 1.2.2 冷弯管应用与工艺研究现状11-15
• 1.2.3 管线钢冷弯有限元模拟现状15-16
• 1.3 研究内容16-18
• 第2章 试验材料与方法18-23
• 2.1 试验材料18
• 2.2 试验方法18-23
• 2.2.1 预应变试验18-19
• 2.2.2 冷弯试验19-20
• 2.2.3 硬度试验20
• 2.2.4 组织结构分析20-21
• 2.2.5 拉伸试验21
• 2.2.6 冲击试验21-22
• 2.2.7 断口形貌分析22
• 2.2.8 应变时效试验22-23
• 第3章 基于Deform对钢管冷弯过程的数值模拟23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 冷弯管加工原理23
• 3.3 冷弯管加工工艺23-24
• 3.4 冷弯管成形分析与计算24-33
• 3.4.1 冷弯管受力分析24-25
• 3.4.2 有限元模拟分析25-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 预应变对X90管线钢力学性能的影响34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 预应变对管线钢拉伸性能的影响34-39
• 4.2.1 应力-应变曲线35-36
• 4.2.2 屈服强度36-37
• 4.2.3 抗拉强度37
• 4.2.4 屈强比37-38
• 4.2.5 断后伸长率38-39
• 4.3 预应变对管线钢冲击性能的影响39-40
• 4.4 本章小结40-42
• 第5章 冷弯加工对X90管线钢组织和力学性能的影响42-59
• 5.1 引言42
• 5.2 母材组织分析42-43
• 5.3 冷弯管组织分析43-46
• 5.4 冷弯管力学性能分析46-57
• 5.4.1 无损检测46-48
• 5.4.2 冷弯加工对硬度的影响48-49
• 5.4.3 冷弯加工对拉伸性能的影响49-52
• 5.4.4 冷弯加工对冲击韧性和断口形貌的影响52-57
• 5.5 本章小结57-59
• 第6章 应变时效对X90管线钢组织与性能的影响59-65
• 6.1 引言59
• 6.2 应变时效对拉伸性能的影响59-62
• 6.2.1 应力-应变曲线59-60
• 6.2.2 屈服强度60-61
• 6.2.3 抗拉强度61
• 6.2.4 屈强比61-62
• 6.2.5 断后伸长率62
• 6.3 应变时效对组织的影响62-63
• 6.4 本章小结63-65
• 第7章 结论与展望65-67
• 7.1 结论65
• 7.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表论文73

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