微合金化针状铁素体型管线钢组织和性能研究

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1、上海交迥大掌博士掌位论文微合金化针状铁素体型管线钢组织和性能研究摘要为降低管线的建设和运营成本、保证高压长距离输送天然气管线的安全、可靠性，对所用钢材要求具有高强度、高韧性和良好的焊接陛能。材料的强度与韧性、焊接性是一对矛盾。因此，对高压输气管线钢需采用较以往“贫珠光体”组织特征的管线钢不同的组织和成分设计。本研究以微合金化钢的晶粒细化、强韧化理论和TMCP技术为基础，提出超低碳微合金化管线钢的设计思想，系统地研究了西气东输工程用微合金化针状铁素体型X70管线钢的组织和性能。采用热模拟试验方法研究

2、了针状铁素体型管线钢高温变形的热塑性、变形抗力和奥氏体的连续冷却转变。结果表明：变形速率为10-Vs时，在10500C～1200。C范围内具有较好的高温塑性。加大冷却速度可促进形变奥氏体向针状铁素体的转变，并细化组织。同样变形条件下，超低碳成分的针状铁素体管线钢与低砀；{)【70管线钢的变形抗力值差别不大。通过拉伸试验、夏比冲击试验、示波冲击试验、落锤撕裂试验(DWTT)和裂纹尖端张开位移(CTOD)断裂韧性试验研究了针状铁素体型X70管线钢的强度、韧性。与传统低碳贫珠光体管线钢相比，超低碳针状铁

3、素体管线钢强度等级相近，在拉伸曲线上表现为连续屈服；具有更高的冲击韧性和断裂韧性、更低的夏比冲击韧脆转变温度和更低的落锤撕裂试验(DwTT)的韧脆转变温度，具有良好的抗低温动态撕裂能力；示波冲击试验表明成分相同的情况下针状铁素体组织的试验钢较含少量珠光体组织的试验钢具有更高的冲击韧性，对裂纹扩展具有更高的止裂能力。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对微合金化针状铁素体管线钢组织进行显微分析。针状铁素体管线钢组织均匀细小，珠光体带状组织已消除，铁素体晶粒边界不平直，呈明显的形变特征，并分

4、布着一些M-A组元。析出相主要是啊和Nb的碳氮化物，析出相尺寸从10rim数量级到100rim数量级不等，呈均匀分布和偏聚于晶界等缺陷部位分布。透射电镜下典型的针状铁素体精细组织呈片型的针状形态，且其中含与细小析出相交互作用的高密度位错结构。显微组织的细化有利于提高材料的强度和韧性。焊接热模拟试验结果表明，试验钢粗晶区再加热脆化现象主要发生在780～840℃的再加热温度区。粗晶区脆化主要与大颗粒的M-A组元有关。临界再热粗晶区脆化与M-A组元的分布形态和比例有关。随焊接线能量的增加粗晶区的韧性下降

5、。大线能量时形成大尺寸的M-A组元是使韧性下降的主要原因。M-A组元中的残余奥氏体比例的增加有助于改善韧性。针状铁素体X70管线钢具有好的焊接性能。氢诱裂纹(HIC)性能研究表明采用超低碳超低硫成分设计的针状铁素体X70管线钢可具有良好的抗氢诱裂纹性能。由条状硫化物和带状珠光体产生氢诱裂纹的因素已得到较好控制：引起针状铁素体X70管线钢氢诱裂纹的主要因素是钢中局部的成分偏析或组织偏析。微合金化针状铁素体管线钢具有高强度、高韧性、低的韧脆转变温度和高的断裂韧性指标，对保证高压输气管线的安全性具有重要

6、意义。关键词：针状铁素体，管线钢，组织，性能，微合金上海交通大掌博士学位论文STUDYOFMCROSTRUCTUREANDPROPERT匝SOF加CROALLoYEDACICULARFERRITEpIPELINESTEELThesteelusedforhigh-pressuregaspipelinemusthavehigh曲嘲唱l}I，hi曲crack-resistancetouglmessandgoodweldabil毋inordertognal∞teethesafesecurityandrel

7、iability．Itisacontradictiontosnen酉handtoughness,weldabil时ofamaterial．Therefore,anewdesignofmieroslructmeandcompositionisnl∞dsforhigh-press嘴pipelinesteel，whichisquitedifferenttothepipelinesteelwithpoorpearlitemicroslructure．Basedollthetheoriesofgrainre

8、fmin舀蜘舀h∞．mgandtougheningofmicroalloyedsteelandthetechnologyofTMCP,thedesignideaofultra-lowc,a—oorlmieroalloyedpipelinesteelisputforward,andthemierostmetureandpropertiesofmicroalloyedaeicularferriteX70pipelinesteelwhichusedforthewEsl：EAsTG豁Pip