含Nb-Ti-Al的X100管线钢碳氮化物析出研究

基于双亚点阵模型,建立X100管线钢（Nbx,Ti1-x）（CyN1-y）-AlN复合析出热力学模型。热力学模型计算结果表明,1 450～1 100K时,Nb析出量显著增大;1 800～1 400K时,Ti析出速度加快,AlN的析出温度为1 450K左右。TEM观察及EDS分析结果显示,1 173K时,有大量细小（Nb,Ti）（C,N）的析出物产生,Nb与Ti的原子比大于4;1 373K时,Nb与Ti的原子比接近1;1 523K时,以较大长条形、方形析出物为主,Nb与Ti的原子比小于0.43。热力学模型计算结果与JMatpro软件计算结果及EDS统计结果有较好的一致性。     

控轧控冷工艺对X120管线钢碳氮化物析出的影响

采用不同的控轧控冷工艺研究了未再结晶区变形量、冷却速度和终冷温度等轧制工艺参数对X120管线钢碳氮化物析出的影响,并根据Orowan机制对析出相强度贡献量进行了理论估算.结果表明:轧制工艺的变化对析出相的类型与相结构没有影响;提高未再结晶区变形量主要可促进铌的析出,并有利于提高X120管线钢的屈服强度;冷却速度和终冷温度对X120管线钢碳氮化物析出的影响较小.     

铌对高钢级管线钢中第二相析出与奥氏体晶粒长大行为的影响

基于双亚点阵模型,计算了两种不同铌含量的高钢级管线钢在不同温度下Nb、Ti和Al的析出量,测定了不同加热温度和保温时间下奥氏体晶粒尺寸,建立两种钢奥氏体晶粒长大模型.发现Nb含量增加提高了其全固溶温度,并且温降过程中Nb析出量显著增多,在晶界两边析出的细小碳氮化物对奥氏体晶粒长大有显著的阴碍作用.高铌钢加热温度为1250℃时奥氏体晶粒显著粗化,预测模型也不同于1050～1200℃的模型,但相同保温温度下晶粒尺寸明显小于低铌实验钢.通过数据拟合计算出高铌钢的长大激活能远远高于低铌钢,再次证明高Nb的管线钢在1200℃以下能够有效地细化奥氏体晶粒,预测模型与实验值吻合较好.     

X80管线钢的组织与性能研究

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究.实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16 mm厚的X80管线钢的屈服强度达到670 MPa以上时,其屈强比低于0.85,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配.细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性.X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb,Ti(CN)为主,尺寸较大(50~200 nm);另一种以NbC为主,尺寸细小(小于30 nm).这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用.     

X80管线钢的研究与应用

基于长距离高压油气输送管道建设的需要,高强度高韧性管线用钢得到迅速发展。X80管线钢正是在这种背景下被开发出来的。由于其具有优良的强度和低温韧性,良好的焊接性能与抗腐蚀性能,可以有效节约工程建设费用,同时降低管道运行维护成本,因此X80管线钢正在全球范围内得到越来越广泛的应用。论述了X80管线钢的应用情况、化学成分特点、显微组织及强韧性能,介绍了TMCP（热机械控制）工艺在X80管线管生产中的应用。     

淬火温度对X80管线钢组织和力学性能的影响

研究了X80钢在不同淬火温度后的组织和力学性能的变化.结果表明,淬火温度为1000℃时,X80钢的奥氏体晶粒严重粗化,导致粗板条贝氏体铁素体的产生,致使X80钢的强度升高、韧性和硬度严重降低;当淬火温度为930℃,并辅以适当的回火处理,可以使X80钢获得以细小针状铁素体为主的组织,从而获得良好的硬度、强度、塑性和韧性的配合.     

西气东输二线X80管线钢焊接失效性分析

该文结合西气东输二线X80管线钢焊接实例,从分析焊接失效处的原因出发,进一步论证X80管线钢在焊接过程中需要遵循的技术规范,以提升X80管线钢焊接性能.     

X80管线钢的高温氧化行为

利用热重法对X80管线钢高温氧化行为进行系统研究,分析不同温度下氧化增重和氧化铁皮形貌演变规律及合金元素在氧化层与钢基体界面处的分布规律.实验结果表明:700~1200℃范围内,X80钢氧化增重曲线呈现抛物线规律.此外,氧化铁皮厚度随温度升高而增加,特别是当温度高于800℃时,由于金属基体存在相变,氧化铁皮厚度急剧增加.高温条件下X80钢氧化铁皮为典型三层结构,外层为极薄的Fe₂O₃,中间层为Fe₃O₄,内层为粗大柱状晶FeO,并在靠近钢基体处形成一层晶粒细小的内氧化层,内氧化层阻碍了铁氧离子的相互扩散,提高了X80管线钢的高温耐蚀性.     

普适的碳氮化物析出热力学模型的建立

基于规则溶体模型、双亚点阵模型及第二相固溶析出理论,建立了普适的碳氮化物析出热力学模型.采用该模型,计算了不同温度下0.17C-0.023Nb-0.012Ti-0.004N钢中理想配比型及缺位型析出相与基体间的热力学平衡信息,包括基体成分、析出相成分及其体积分数.结果表明:在相同温度下,相比于理想型第二相,缺位型第二相的溶解度较大,析出体积分数较小;随着析出温度的降低,析出相逐渐由氮化钛演变为富含铌和碳的复合相,且不同类型第二相的体积分数差异逐渐缩小.     

X70管线钢中含Nb相的析出行为

以首钢生产的某X70管线钢成分为基础,利用Thermo--Calc软件计算了不同温度下钢中析出相的组成、相的析出温度及Nb元素的析出规律,研究了钢中Nb和C含量对Nb析出规律的影响,利用热模拟和扫描电镜等手段分析了钢中Nb合金相的析出温度.结果表明,平衡态下该X70管线钢中的析出相主要为Ti、Nb的碳氮化物、合金渗碳体、Ti4C2S2、MnS、AlN、M7C3和Mo碳化物.Nb析出相主要以Nb和C元素为主,其中固溶Ti和N元素.随Nb和C含量的增加,Nb合金相的析出温度升高,在同一温度下Nb的析出量增加.     

Cl^-对X80管线钢在NaHCO3溶液中腐蚀性能的影响

采用动电位极化方法研究了在0.5mol·L-1 NaHCO3溶液中Cl-对X80管线钢腐蚀行为的影响,并通过电容测量方法对其腐蚀机理进行了探讨.实验结果表明:Cl-使X80管线钢在0.5mol·L-1 NaHCO3溶液中发生了点腐蚀,且随着溶液中Cl-含量增加,腐蚀坑的数量增多,腐蚀坑的直径增大,降低了X80管线钢的耐腐蚀性能.Mott-Schottky分析表明:随着溶液中Cl-含量增加,X80管线钢钝化膜内的施主密度随之增大,增加了X80管线钢钝化膜局部破裂和腐蚀萌生的潜在位置,从而使其耐腐蚀性下降.     

X80管线钢微孔洞形核

利用扫描电镜和透射电镜等手段,观察了X80管线钢中的夹杂物和MA岛,获得了它们的尺寸统计特征.应用不同颈缩程度的拉伸试验,探明了X80管线钢中微孔洞萌生的机理：第一阶段微孔洞的形核是围绕钙处理夹杂物,在颈缩初期已经开始;第二阶段属高应变量阶段,此时孔洞是通过MA岛/基体界面脱离形核.通过有限元法分析了拉伸过程,确定了试样的真实应力--应变曲线,计算了钙处理夹杂物/基体界面强度和MA岛/基体界面强度.     

X70针状铁素体管线钢析出相

用透射电镜研究了X70针状铁素体管线钢中的析出相.一种是以TiN为主、尺寸较大(50nm～1μm)、外形规则、几乎呈立方体的Ti(Nb)NC复合析出相,其中Ti/Nb比值处于5～12之间.另一种是以NbC为主、尺寸十分细小(小于20nm)、形态为圆形或椭圆形的Nb(Ti)C复合析出相,Nb/Ti比值处于1～6.37之间,衍射分析结果表明其为多晶粒构成.分析表明,尺寸较大的方形析出相在1150℃的温度时已经存在,并且在热模拟过程中变化不大.细小圆形析出相绝大部分是在1100～900℃之间析出,而且与基体保持共格或半共格的关系.V的析出不明显,其作用相对较弱.高温热塑性曲线的测量结果显示,在没有变形情况下,1050℃时析出相开始析出,900～850℃之间析出量达到最大.     

外加电位对X80管线钢模拟海岸土壤腐蚀的影响

为探究双相X80管线钢在沿海土壤模拟溶液环境中的腐蚀机理,采用极化曲线、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和交流阻抗(EIS)法对不同外加电位(-750,-900和-1 050 mV vs.饱和甘汞电极(SCE))下双相X80管线钢的应力腐蚀和电化学腐蚀行为进行研究。结果表明,双相X80管线钢在-1 050 mV电位下对应力腐蚀(SCC)最为敏感。慢应变拉伸呈现为脆性断裂,断口可见铁素体区域圆形或椭圆形的凹坑,这是由于过度阴极反应产生的氢原子扩散进入到钢中在铁素体晶界聚集,氢气析出产生的较高氢压超过材料的强度产生圆形孔洞,在拉伸应力作用下变为椭圆形。在此电位下EIS模拟电阻最小,耐腐蚀性最差。-750 mV的外加电位可起到一定的电化学保护作用,但不足以防止X80管线钢应力腐蚀的发生。-900 mV的外加电位可有效抑制X80管线钢的阳极溶解,SSRT的强度和延展性均高于0 mV电位试样,表现出韧性断裂特征,EIS模拟电阻最高,因此双相X80管线钢在模拟海岸土壤环境下最佳的阴极保护电位约为-900 mV vs. SCE。双相X80管线钢在沿海土壤模拟环境中的应力腐蚀行为的研究可对其在实际使用过...     

超快速冷却温度对高铌X80管线钢组织和性能的影响

对比观察不同超快速冷却温度下生产的高铌X80管线钢的显微组织和析出物,研究其组织和性能的对应关系,并分析了Nb在X80管线钢中的强化机理。结果表明,利用高Nb微合金化进行控制轧制,采用低超快速冷却温度有效提高钢材抗拉强度,获得了低屈强比X80管线钢,可应用于抗大变形管线钢的制造。     

管线钢中典型夹杂物的热力学分析

通过热力学计算,分析了X80管线钢钙处理后在生成液态钙铝酸盐夹杂物区间内,钢中钙活度和铝含量的关系,确定了生成液态钙铝酸盐夹杂物钙活度的控制范围;计算了钢液铝硫的关系,以及温度对铝硫关系的影响.实验结果表明钢中硫质量分数为20×10-6时,液态夹杂物中的硫化钙溶解度可以达到0.18%.     

Research and Trial Production of X80 Pipeline Steel with High Toughness Using Acicular Ferrite

Keywords:pipelinesteel;X80;acicularferrite;coil1Introduction Itisaneconomicalwaytotransportoilandgasthrough longdistancebyusingpipelinewithhighpressureandlarge diameter.Inthiscase,isusuallyrequiredthehigh grade,highperformancepipelinesteeltoguaranteeasafeand reliableserviceatsuchhighpressure,aswellastoreduce thecostofconstructionandoperationforapipelineproject.NowX70pipelinesteelhasbecomethemostusedsteelgrade inlongdistancepipelineprojectsovertheworld.SomeX80pipelinetrialprojectshavebeencons…     

X70管线钢热变形奥氏体的静态再结晶行为

通过双道次压缩实验,在Gleeble 1500热模拟试验机上研究了X70管线钢在不同变形工艺下奥氏体的软化行为,分析了不同变形温度、间隔时间、应变速率、变形量及初始奥氏体晶粒尺寸等参数对静态再结晶行为的影响规律,采用应力补偿法计算了不同变形条件下的静态再结晶百分率. 根据实验数据,计算出X70管线钢静态再结晶激活能为435.3kJmol-1,建立了其静态再结晶动力学模型.