高钢级X100管线钢的研究与开发

摘要

管线是输送油、气最为经济而有效的工具，应用广泛。随着油、气的输送效率，管线输送压力的不断提高，对管线钢性能的要求也越来越高。目前X100、X120级别的管线钢已经纳入API-5L-2007和ISO3183-2007标准。X100和X120级别管线钢具有高强韧性、良好的现场焊接性能、同时因其具有抗HIC、抗SCC、抗大变形、降低工程造价等优点，已成为各大钢铁公司竞相开发的高附加值产品之一。本文从X100的成分设计到实验试轧工艺进行较为系统的研究。
　　 分别按TMCP工艺和HTP工艺进行了成分设计并进行实验研究，两种成分钢分别简称为TMCP钢和HTP钢。论文主要研究结果如下：
　　 (1)单道次压缩研究结果表明，真应力-应变曲线仅在低应变速率或高变形温度下才呈动态再结晶型。通过双道次压缩实验确定出TMCP钢静态再结晶终止温度(Tnr)为950℃，HTP钢的Tnr约为1000℃。TMCP钢和HTP钢的动态再结晶激活能分别为367.107KJ/mol和336.278KJ/mol。
　　 (2)连续冷却相变研究发现，未变形条件下，冷却速度为0.5℃/s时显微组织为粒状贝氏体(GB)+少量多边形铁素体(PF)，当冷却速度增至5℃/s时均可获得全贝氏体铁素体(BF)组织。随着变形量的增加，CCT曲线左上方移，低冷却速度下即出现较多的多边形铁素体(PF)，高冷却速度下贝氏体铁素体(BF)转变区缩小，而针状铁素体(AF)和粒状贝氏体(GB)转变区扩大。
　　 (3)参照现场的工艺参数，模拟了X100的显微组织变化并进行EBSD分析，结果显示：模拟后X100显微组织晶畴致密，TMCP钢的显微组织平均晶粒尺寸在3.5～4.8μm之间，有效晶粒尺寸在4.1～5.9μm之间，大角度晶界所占比例为79～85％之间，为生产高级别管线钢提供了依据。
　　 (4)采用两阶段轧制和加速冷却，精轧终轧温度为800～840℃，终冷温度为400～500℃，冷却速度为20～30℃/s时，可获得满足X100性能要求的热轧钢板。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 管线钢的轧制工艺

1.2.1 TMCP工艺

1.2.2 HTP工艺

1.2.3 Super-OLAC＋HOP工艺

1.3 管线钢的成分设计原理

1.4 X100管线钢研究概况

1.5 X100管线钢的组织性能特点

1.5.1 X100管线钢的典型显微组织

1.5.2 X100管线钢的抗大变形特点

1.6 课题研究的主要内容

第2章 X100管线钢高温热变形行为

2.1 实验材料及方案

2.1.1 实验材料

2.1.2 单道次实验方案

2.1.3 双道次实验方案

2.2 实验结果

2.2.1 单道次实验结果

2.2.2 双道次实验结果及分析

2.3 讨论

2.3.1 变形参数对变形抗力的影响

2.3.2 变形抗力模型的建立

2.3.3 静态再结晶动力学模型

2.4 小结

第3章 X100管线钢连续冷却相变研究

3.1 连续冷却相变实验方法

3.1.1 实验材料及设备

3.1.2 实验方案

3.2 实验结果及分析

3.2.1 TMCP钢不同冷速下的显微组织

3.2.2 TMCP钢不同变形量的显微组织

3.2.3 TMCP钢的CCT曲线

3.2.4 TMCP钢显微硬度分析

3.2.5 TMCP钢TEM分析

3.2.6 HTP钢不同冷速下的显微组织

3.2.7 HTP钢的SEM组织分析

3.2.8 HTP钢的CCT曲线

3.3 小结

第4章 X100管线钢的控轧控冷组织模拟

4.1 组织模拟实验材料与方案

4.1.1 实验材料与设备

4.1.2 试验方案

4.2 组织模拟结果分析

4.3 TMCP钢的EBSD分析

4.4 小结

第5章 X100管线钢试轧实验

5.1 试轧实验设备、方案和轧制过程的控制结果

5.1.1 试轧实验设备

5.1.2 试轧实验方案和温度控制结果

5.2 试轧实验的力学性能结果

5.3 实验结果分析

5.3.1 显微组织分析

5.3.2 断口形貌分析

5.3.3 TEM微观组织分析

5.3.4 EBSD分析材料韧性

5.4 讨论

5.4.1 精轧温度对力学性能的影响

5.4.2 终冷温度对力学性能的影响

5.4.3 冷却速度对力学性能影响

5.4.4 强化机理

5.5 小结

第6章 结论

参考文献

致谢