高钢级X100管线钢工艺、组织与性能的研究

发布时间：2017-05-01 21:04

  本文关键词：高钢级X100管线钢工艺、组织与性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着石油、天然气工业的发展,石油、天然气输送管道发展也十分迅速。在我国,管线是输送油、气最为经济而有效的工具,应用广泛;随着国民经济的快速发展和对石油、天然气能源消耗的不断扩大。同时对石油和天然气的输送效率也迅速增加,管线输送压力不断提高,因此对管线材料管线钢性能的要求也越来越高。本论文主要有两方面的研究内容:一方面利用Gleeble-3500热模拟试验机和正交设计试验试制出一种新型X100管线钢并对该管线钢的控轧控冷工艺进行优化;另一方面结合实际生产,对与试验钢成分相近的由南通某钢厂提供的钢坯轧制成无缝钢管,对其产品析出物的成分和形貌进行研究分析。主要研究内容如下:(1)通过合理的成分设计和组织性能研究,在实验室成功试制一种含有Mn,Ni和少量Nb,Ti合金元素的X100管线钢,其主要成分如下:C-0.06,Mn-1.28,Si-0.25,Nb-0.053,Mo-0.053,Ni-1.30和Ti-0.012。通过合理调控控轧控冷工艺参数,其屈服强度为695MPa,抗拉强度为768MPa,伸长率为16.6%,常温下冲击功为262J,达到X100管线钢的标准。(2)上述实验用钢的对控轧控冷工艺参数:加热温度,终轧温度,终冷温度和冷却速度设计四要素三水平正交试验,用Gleeble-3500热模拟试验机模拟控轧控冷工艺,得到最佳工艺参数组合,然后进行中试线的轧制试验验证。利用金相显微镜和电子显微镜对热模拟和中试线轧制试样进行显微组织分析,并进行力学性能检测。结果表明,加热温度1180℃,终轧温度810℃,终冷温度400℃,冷却速度35℃/s时,实验用钢板可获得粒状贝氏体(GB),针状铁素体(AF),下贝氏体(LB),M/A的最佳组织构成与较好的综合力学性能。(3)管线钢的各项力学性能产生比较大的差异。利用中试线轧机,结合正交试验设计,主要研究控轧控冷工艺参数中终冷温度对试验钢力学性能和显微组织的影响。当终冷温度为250℃、350℃和450℃时,分别观察了试验钢的显微组织并测定力学性能,综合评估新制X100管线钢对强度和韧性的要求。(4)对管线钢产品量化研究,分析管线钢析出物的种类,钢中的析出物大多数是复合析出相,形貌不规则。占主要分数的不规则析出物的尺寸比较小,一般≤50nm,该类析出物分为两种,一种为以圆形或椭圆形的形貌析出,其主要是以Nb的碳氮化物为主,Ti以及V的碳氮化物混合析出。另一种为以多边形析出,其主要成分为Ti的碳氮化物,Nb、V的碳氮化物混合析出。尺寸比较大的析出物(50nm~100nm)比较少,也分为两种:一种以方形状析出,其以Ti的碳氮化合物为主,其尺寸比较大在50nm~100nm。另一种以长条型且很黑的形态析出,主要是Nb的碳氮化合物,这类的析出物的尺寸也比较大。(5)采用NACE standard TM 0284-2003氢致开裂标准实验方法,测定试制的X100管线钢的抗氢致开裂性能优劣。测试结果表明:试制的X100管线钢具有较好的抗氢致裂纹性能。试验钢表面均有腐蚀产物和裂纹产生,但内部未发现裂纹,裂纹在点蚀坑处形核并扩展,但终止于粒状贝氏体。
【关键词】：Xl00管线钢 热模拟 控轧控冷 正交设计 终冷温度 氢致裂纹 析出物
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TG335
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 概述13-14
• 1.2 我国管线钢的研究现状14-15
• 1.3 高钢级X100管线钢发展状况15-18
• 1.3.1 高钢级X100管线钢的化学成分15-16
• 1.3.2 高钢级X100管线钢的微观组织16-17
• 1.3.3 高钢级X100管线钢的生产工艺17-18
• 1.4 高钢级X100管线钢研发的必要性、可行性及存在的问题18-20
• 1.4.1 高钢级X100管线钢研发的必要性18-19
• 1.4.2 高钢级X100管线钢研发的可行性19
• 1.4.3 高钢级X100管线钢发展中的问题19-20
• 1.5 本课题研究内容及目的20-22
• 第二章 高钢级X100管线钢的性能要求及制备工艺22-36
• 2.1 前言22
• 2.2 高钢级X100管线钢主要性能要求22-23
• 2.2.1 高强度22
• 2.2.2 高韧性22-23
• 2.2.3 抗氢致裂纹（HIC）和硫化应力腐蚀断裂（SCC）23
• 2.2.4 焊接性23
• 2.3 高钢级X100管线钢多元微合金设计原理23-24
• 2.4 高钢级X100管线钢微合金元素作用及控制24-30
• 2.4.1 碳的控制24-25
• 2.4.2 锰的控制25-26
• 2.4.3 铌的控制26-27
• 2.4.4 钛的控制27-28
• 2.4.5 硫的控制28
• 2.4.6 磷的控制28
• 2.4.7 氢的控制28-29
• 2.4.8 氧的控制29
• 2.4.9 其它合金元素的控制29-30
• 2.5 控轧控冷(TMCP)工艺30-31
• 2.6 控制轧制31-33
• 2.6.1 开轧加热温度的控制32
• 2.6.2 变形量的控制32-33
• 2.6.3 终轧温度的控制33
• 2.7 控制冷却33-36
• 2.7.1 轧后冷却速度的控制33-35
• 2.7.2 轧后终冷温度的控制35-36
• 第三章 试验材料及试验方法36-39
• 3.1 试验材料36
• 3.2 试验方法36-39
• 3.2.1 热模拟试验36
• 3.2.2 中试线轧制试验36-37
• 3.2.3 常温拉伸性能试37
• 3.2.4 室温冲击韧性试验37
• 3.2.5 试样宏观硬度值测定37
• 3.2.6 抗氢致开裂性能试验37
• 3.2.7 试样显微组织观察37-39
• 第四章 热模拟X100管线钢控轧控冷工艺参数的优化及组织研究39-50
• 4.1 前言39
• 4.2 试验材料及方法39-43
• 4.2.1 管线钢X100化学成分设计39-40
• 4.2.2 热模拟试验40-42
• 4.2.3 中试线轧制试验42-43
• 4.3 试验结果43-48
• 4.3.1 试验钢的力学性能43-44
• 4.3.2 热模拟轧制试样的金相组织44-47
• 4.3.3 中试线轧制试验显微组织47-48
• 4.4 分析与讨论48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 正交试验优化管线钢控轧控冷工艺参数设计50-56
• 5.1 前言50-51
• 5.2 试验材料及方法51-54
• 5.2.1 实验材料51
• 5.2.2 正交试验设计原理51-53
• 5.2.3 Gleeble-3500热模拟正交实验过程53-54
• 5.3 正交设计实验分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 终冷温度对X100管线钢组织和性能影响56-63
• 6.1 前言56
• 6.2 试验材料及方法56-58
• 6.3 试验结果58-61
• 6.3.1 试验钢力学性能58-59
• 6.3.2 试验钢金相组织59-61
• 6.4 分析与讨论61-62
• 6.5 本章小结62-63
• 第七章 高钢级管线钢产品析出物分析63-69
• 7.1 试验材料化学成分要求63
• 7.2 试验钢显微组织观察63-64
• 7.3 试验结果64-68
• 7.3.1 金相组织及析出物分析64-68
• 7.4 本章小结68-69
• 第八章 X100管线钢抗氢致开裂性能测试69-76
• 8.1 前言69
• 8.2 试验材料及方法69-70
• 8.3 试验结果70-73
• 8.4 分析与讨论73-75
• 8.4.1 氢致开裂的机理73-74
• 8.4.2 化学成分和显微组织对氢致开裂的影响74-75
• 8.5 本章小结75-76
• 第九章 结论76-78
• 参考文献78-83
• 作者在攻读博士学位期间公开发表的论文83-85
• 作者在攻读博士学位期间所作的项目85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 肖宝亮;许云波;王国栋;;“低成本”X80管线钢工艺及力学性能[J];东北大学学报(自然科学版);2009年06期

2 江士昂;;超过工业标准的Amoco管线管规格[J];石油规划设计;1990年03期

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本文编号：339624