超高强度X120管线钢的发展现状.doc

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1、超高强度X120管线钢的发展现状徐进桥 郭斌 郑琳 【摘要】：总结回顾了超高强度X120管线钢在世界范围的发展状况。系统整理和分析了X120级管线钢采用的合金化设计方案、各种不同的生产工艺和最优的选择,并从经济和技术的角度讨论了X120级管线钢的应用前景、目前仍存在的技术难点和需要进行更深入研究的关键问题。【作者单位】：武汉钢铁(集团)公司研究院;【关键词】：管线钢X超高强度韧性【分类号】：TG142.45【正文快照】：0前言能源是经济发展的驱动力,石油和天然气已成为世界各国最重要的能源资源,不断提高长距离输送管线的经济性和安全性成为石油、天然气以及相关行业进一步发展的关键。此类

2、钢的生产成本较低、用途广泛，典型牌号有30CrMnSiNi2A、32Si2Mn2MoVA、45CrNiMo1VA(D6AC)等，主要用于制造飞机结构件，如主起落架的支柱、轮叉、机翼主梁；固体火箭发动机壳体、炮筒、高压气瓶和高强度螺栓等。(2)二次硬化型超高强度钢系指通过淬火+高温回火后，析出特殊合金碳化物而达到弥散强化(二次硬化)效果的超高强度钢。主要包括Cr－Mo－V型中碳中合金马氏体热作模具钢、高韧性9Ni－4Co型和10Ni－14Co型高韧性超高强度钢。①H型(Cr－Mo－V型)中合金超高强度钢是从wCr≈5％的工模具钢移植而来，由于它在高温回火下有很高的强度和较满意的塑、

3、韧性，抗热性好，组织稳定。用于飞机起落架和骨架零件、炮弹和火箭壳体、高应力螺杆、弹簧以及高速转子和轴等。典型牌号有4Cr5MoSiV(H11)和4Cr5MoSiV1(H13)，主要用于热挤压模具和制造飞机、发动机承受中温强度的零部件、紧固件等。4Cr5MoSiV是最早生产和使用的钢号，淬透性很高，一般零件经1100℃奥氏体化后，在空冷条件下即可获得马氏体组织；经500℃左右回火，析出碳化物Cr7C3和(Mo，Cr)3C，发生二次硬化效应。钢的抗拉强度可达1960N/mm2，具有较高的中温强度，在400～500℃范围内使用，钢的瞬时抗拉强度仍可保持1300～1500N/mm2，屈服

4、强度约为1100～1200N/mm2。主要用于热作模具。4Cr5MoSiV1钢是在4Cr5MoSiV的基础上提高了C和V的质量分数而发展起来的。随V质量分数的增加，使钢中VC的数量增加，提高了耐磨性，其他性能与4Cr5MoSiV钢相似。断裂韧度低是此类钢的主要缺点，因此当用于制造屈服强度大于1380N/mm2的结构件时，应特别注意避免表面有尖角或小裂口存在，如电镀时应防止氢脆产生。②9Ni—4Co型(Ni—Co—Cr—Mo型)超高强度钢钢中wNi≈9％，wCo≈4％，并含有Cr、Mo、V等合金元素。增加钢的碳质量分数，可提高钢的强度，但韧性降低。按碳质量分数的不同，又可分为0.2

5、0％、0.25％、0.30％和0.45％四种钢，常用的是9Ni－4Co－20钢和9Ni－4Co－30钢。经820～850℃奥氏体化后，在空冷条件下可形成低碳马氏体组织，经500℃左右回火产生二次硬化效应，获得较高强度和较高韧性。30Ni9Co4CrMoA钢经淬火后于550℃回火，其抗拉强度为1520～1650N/mm2，断裂韧度KIC可达100N·mm-2·m1/2以上。30Ni9Co4CrMoA和20Ni9Co4CrMoA钢的焊接性好，具有良好的热稳定性，适于370℃以下长期使用。③10Ni－14Co型超高强度钢其典型钢号是16Ni10Co14Cr2Mo1(AF1410)钢，N

6、i在钢中的作用主要是稳定奥氏体。从奥氏体状态冷至Ms点温度均不发生相变，即使原截面零件在缓慢的冷速下也只形成单相马氏体组织，因而没有淬透性不足的问题。Co的作用主要是升高Ms点温度和降低Mo在马氏体中的固溶度，增强Mo的强化效应，在回火过程中能抑制和延缓特殊合金碳化物的析出，阻止析出相的集聚长大。Mo是主要二次硬化元素，Mo质量分数增加，则二次硬化峰值提高。Cr与Mo共存时，有利于提高韧性。这是可焊接的高合金二次硬化型超高强度钢，加热至830℃奥氏体化后，在空冷条件下形成高位错密度板条马氏体，经510℃时效析出细小弥散分布的合金碳化物M2C取代Fe3C，从而获得高强度、高韧性。其

7、抗拉强度达1620N/mm2以上、断裂韧度KIC大于143N·mm-2·ml/2，抗应力腐蚀性能好，应力腐蚀开裂临界断裂因子KISCC值高达84N·mm-2·m1/2，比一般超高强度钢高3倍以上，常用于制造飞机重要受力构件，如海军飞机着陆钩等。16Ni10Co14Cr2Mo1钢为超纯净和超细晶粒度钢，实际晶粒度大于10级。由于钢的纯净度对其断裂韧度KIC和应力腐蚀性能具有明显影响，钢中除S、P质量分数极低外，还要求wO<0.002％(20×10-6)、wN<0.0015％(15×