油气运输及存储用钢力学性能及抗酸性能的研究

发布时间：2017-08-08 19:29

  本文关键词：油气运输及存储用钢力学性能及抗酸性能的研究

  更多相关文章： 管线钢 容器钢 微观组织 夹杂物 力学性能 抗酸性能

【摘要】：随着世界经济的快速发展,人类对能源需求量不断增加,油气资源的运输和储存用钢需求量日益增多。目前,油气资源的开采逐渐向沙漠、极地和海洋等偏远地区延伸,大多数运输和储存的油气中含H2S、CO2等腐蚀性物质。因此,管线钢和容器钢不仅要有良好的强韧性,还要有优异的抗氢致开裂(HIC)及抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能。为了高效、经济、安全地运输和储存油气资源,钢材的研发正在向高钢级、大厚度钢板发展。大厚度钢板厚度方向上的组织均匀性较难控制,影响钢板的强韧性、抗HIC及抗SSCC性能等。因此,研究大厚度钢板的组织均匀性对其力学性能及抗酸性能的影响至关重要。本文以大厚度的X80M大应变管线钢板及X80M管线钢板、深海X65管线钢板、正火抗酸容器板SA516Gr60N为主要研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜、EDS分析钢板的厚度方向微观组织类型及夹杂物特征对拉伸性能、夏比冲击韧性(CNV)、落锤撕裂(DWTT)性能及抗酸性能的影响。研究结果如下:26.4mm厚的X80M大应变管线钢板的力学性能研究结果表明,X80M大应变管线钢板是铁素体加贝氏体双相组织,钢板厚度方向上平均铁素体体积分数达60%左右,铁素体晶粒平均直径5μm左右。对轧件进行头中尾组织性能对比研究,发现同一轧件的头、中、尾钢板的微观组织略有差异,其各部位的强度、变形性能、低温韧性、应力-应变曲线形状等均满足标准性能要求,且均匀性好。33mm厚度的X80M管线钢板的力学性能研究结果表明,X80M管线钢板组织类型是由贝氏体、准多边形铁素体、多边形铁素体、MA岛、退化珠光体组成的针状铁素体组织。钢板各厚度部位的板条贝氏体相的平均体积分数低于10%的针状铁素体组织满足各项力学性能标准要求。对深海X65管线钢板的抗酸性能研究表明,晶界、相界、脆硬的非金属夹杂物是钢中的氢陷阱。夹杂物的尺寸、形态、类型影响管线钢的HIC敏感性。HIC裂纹不易在小尺寸球形夹杂物上萌生,而长条状和具有尖角的非金属夹杂物提高钢的HIC敏感性。HIC可沿着晶界或穿过晶界进行扩展,且HIC易在脆硬的贝氏体中扩展。正火抗酸容器板SA516Gr60N的抗酸性能研究结果表明,三种不同轧制工艺下生产的正火抗酸容器板SA516Gr60N的组织类型为铁素体加少量珠光,体夹杂物级别及类型均满足标准要求,均具有良好的抗HIC和SSCC性能。对比分析管线钢板和容器钢板的组织-性能发现,当管线钢板的铁素体体积分数在30-65%范围内,钢板具有良好的强韧性及抗酸性能。当正火抗酸容器板SA516Gr60N的铁素体体积分数达90%以上,具有优异的抗HIC及抗SSCC性能。
【关键词】：管线钢 容器钢 微观组织 夹杂物 力学性能 抗酸性能
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 管线钢的发展状况12-18
• 1.2.1 大应变管线钢的开发概况12-15
• 1.2.1.1 大应变管线钢的研究背景12
• 1.2.1.2 国内外大应变管线钢对比分析12-14
• 1.2.1.3 大应变管线钢性能要求14-15
• 1.2.2 厚壁大口径管线钢的开发慨况15-17
• 1.2.2.1 厚壁大口径管线钢的研究背景15
• 1.2.2.2 厚壁大口径管线钢的国内外对比分析15-16
• 1.2.2.3 厚壁大口径管线钢的组织及性能特征16-17
• 1.2.3 深海管线钢的开发慨况17-18
• 1.3 抗酸容器钢的发展状况18-20
• 1.3.1 抗酸容器钢的研究背景18-19
• 1.3.2 抗酸容器钢的工艺要求19
• 1.3.3 抗酸容器钢的抗HIC及抗SSC评定标准19-20
• 1.4 本文研究的意义及主要内容20-22
• 2 X80M大应变管线钢板的力学性能研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 试验过程及试验方案22-23
• 2.3 试验结果分析及讨论23-34
• 2.3.1 X80M轧件头部中部尾部力学性能分析23-28
• 2.3.1.1 钢板硬度分析23-25
• 2.3.1.2 钢板拉伸性能及低温韧性分析25-28
• 2.3.2 X80M轧件头部中部尾部金相组织分析28-30
• 2.3.3 X80M大应变钢板的SEM观察及分析30-32
• 2.3.4 X80M轧件厚度方向两相比及晶粒直径的统计分析32-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 X80M厚规格管线钢板的力学性能研究36-58
• 3.1 引言36
• 3.2 试验过程及试验方案36-37
• 3.3 试验结果分析及讨论37-56
• 3.3.1 性能合格与不合格X80M管线钢板组织性能对比分析37-46
• 3.3.1.1 性能合格与不合格钢板拉伸性能对比分析37-39
• 3.3.1.2 性能合格与不合格钢板微观组织对比分析39-45
• 3.3.1.3 合格和不合格钢板中各相比例45-46
• 3.3.2 X80M管线钢轧件头部尾部组织性能对比分析46-54
• 3.3.2.1 轧件头部尾部力学性能对比分析46-48
• 3.3.2.2 轧件头部尾部微观组织对比分析48-54
• 3.3.3 不同DWTT钢板的组织性能对比分析54-56
• 3.4 本章小结56-58
• 4 X65 深海管线钢板抗酸性能研究58-66
• 4.1 前言58
• 4.2 试验方案与过程58-59
• 4.2.1 试样制备58-59
• 4.2.2 试验方法59
• 4.3 试验结果及分析59-63
• 4.4 结论63-66
• 5 SA516Gr60N-HIC正火抗酸容器钢板抗氢致开裂及硫化物应力腐蚀开裂性能研究66-88
• 5.1 引言66
• 5.2 试验方案和试验过程66-68
• 5.2.1 HIC试验方案和过程66-67
• 5.2.1.1 试样制备66-67
• 5.2.1.2 试验方法67
• 5.2.2 SSCC试验方案和过程67-68
• 5.2.2.1 试样制备67-68
• 5.2.2.2 试验方法68
• 5.3 试验结果及分析68-85
• 5.3.1 HIC和SSCC试验结果68-69
• 5.3.2 微观组织对正火SA516Gr60N-HIC钢板的抗HIC和SSCC性能的影响69-75
• 5.3.3 夹杂物对正火SA516Gr60N-HIC钢板抗HIC和SSCC性能的影响75-81
• 5.3.4 正火SA516Gr60N-HIC钢板HIC萌生及扩展机理研究81-85
• 5.4 X80M大应变、X80M、深海X65 管线用钢板与SA516Gr60N-HIC容器用钢板的组织-性能对比研究85-86
• 5.5 结论86-88
• 6 结论88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果95

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本文编号：641704