800 MPa级耐酸管线钢高温热塑性研究

以一种800 MPa级耐酸管线钢铸坯为研究对象,采用Gleeble 3500试验机对其高温力学性能进行测试,运用金相显微镜、体视显微镜、扫描电镜及显微硬度计,对实验钢拉断后的微观组织、断口形貌及显微硬度进行表征。结果表明,在600～1000℃温度范围,实验钢种的断面收缩率均大于70%,表现出了较好的高温热塑性,但热塑性曲线在700～850℃之间出现了塑性低谷区,这与原始奥氏体晶界处先共析铁素体网膜的析出有关,故铸坯矫直温度选择应避开该温度区间。此外,实验钢还具有较好的高温强度,600℃下抗拉强度可达353 MPa。     

回火温度对1500MPa级直接淬火钢组织与性能的影响

设计了一种新型1500MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo多组元系低合金、超高强度工程结构钢,研究了回火温度对直接淬火钢组织与力学性能的影响.结果表明,抗拉强度随回火温度的升高而不断降低,屈服强度随回火温度升高先升高后下降,延伸率和冲击功均随回火温度升高呈现先升高、后降低、再升高的变化趋势.分析认为,回火过程组织演变的物理机制一方面包括板条马氏体和位错亚结构的回复、再结晶软化过程,另一方面包括残余奥氏体的分解与马氏体中过饱和碳的脱溶及析出第2相的强化机制综合作用.250℃回火后,板条马氏体内析出ε碳化物;400℃回火后ε碳化物明显粗化,产生回火脆性;600℃回火后部分析出相在奥氏体中形核,在马氏体基体内长大和粗化,最终形态为近似球形,另一部分析出相在马氏体内形核、生长,呈现椭球形或矩形.     

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.     

高级别管线钢钙处理效果评价标准

对X70管线钢进行了六炉钙处理实验.结果表明:钙处理后管线钢生产的后续工序中钢中钙含量显著下降,夹杂物组成和形貌发生显著变化;二次氧化会降低管线钢钙处理效果,但钢中溶解钙和较高CaO含量的CaO-Al2O3复合夹杂可对钢水二次氧化产生的Al2O3发生改性作用;高级别管线钢钙处理效果与钢中钙含量、氧含量、硫含量、钢水二次氧化程度以及钙处理后续时间等有关,采用钢中Ca含量、[%Ca]Tot/[%Al]s、[%Ca]Tot/T[O]、ACR和[%Ca]Tot/[%S]作为钙处理效果的评判标准均存在缺陷.本文建议钙处理效果评判标准为:①铸坯中心部位或轧后板带中心部位不存在单纯的MnS夹杂;②中间包和结晶器中夹杂的nCaO/Al2O3应该与12CaO.7Al2O3相近;③钙处理后夹杂的nCaO/Al2O3应稍高于12CaO.7Al2O3的夹杂.同时还必须注意钙处理应在最后精炼工序的后期进行,尽量防止钢水的二次氧化.     

卷后冷速对600MPa级钢板微观组织的影响

为了研究卷取后冷却速度对600MPa级低碳贝氏体高强钢钢板组织和力学性能的影响,探究获得其最佳性能的途径和方法,利用光学显微镜和透射电子显微镜（TEM）对样品进行微观组织观察和分析。研究卷取后在空气中冷却速度对卷板的板头、板间、板尾的微观组织影响。结果表明：600 MPa级钢板的组织主要由针状铁素体、板条铁素体、粒状贝氏体、板条贝氏体、M/A组成。卷板头部和尾部在空气中冷却速度较快,针状铁素体较多,强度高;中间部位冷却速度较慢,板条铁素体、粒状贝氏体较多,强度低。     

温度对3%Cr管线钢CO_2腐蚀产物膜的影响

经济型低Cr合金钢具有较好的抗CO2腐蚀性能,利用高温高压反应釜研究了3%Cr管线钢的CO2腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对腐蚀产物膜的微观形貌、化学成分以及结构进行分析,探讨了温度对3%Cr管线钢腐蚀产物膜的影响.结果表明,CO2分压0.8 MPa、液体流速1.0 m.s-1时,在40～140℃范围内,3%Cr管线钢均未发生局部腐蚀,其平均腐蚀速率呈先升高后降低的趋势,峰值温度在100℃左右.3%Cr管线钢的腐蚀产物膜具有两层结构:内层膜为致密的富Cr层(Cr富集程度可高达Cr/Fe=8/5),主要由含Cr化合物和非晶态FeCO3构成,并随着温度的升高,Cr富集程度增加,内层膜厚度降低;外层膜则由晶态FeCO3堆积而成.     

700 MPa冷轧低合金超高强钢的典型连续退火工艺

为了开发新一代冷轧低合金超高强钢,利用连续退火实验机对Ti-0.12%、Nb-0.076%的冷轧低合金超高强钢进行连续退火实验,设计了760~830℃四种不同退火温度,研究了退火温度对实验钢的相组成、晶粒尺寸和力学性能的影响.在800℃退火、400℃过时效的条件下,可得到铁素体和少量贝氏体的组织,铁素体晶粒尺寸约为1.4μm,屈服强度可达700 MPa.同时利用扫描电镜和透射电镜观察到钢中存在大量纳米尺寸的亚晶结构、少量位错以及纳米级的Ti、Nb的析出物,这些微结构单元对强度有较大的提升作用.     

微生物治理碱性含铬废水的试验研究

用从铬渣堆埋场附近的污泥中分离到的无色杆菌属C-1菌株，对碱性含铬废水进行生物处理，研究了该菌的生长条件，并探讨了温度、pH值、Cr（VI）初始浓度及作用时间等因素对Cr（VI）还原的影响。研究结果表明：C-1菌株适应碱性环境，对Cr（VI）具有较强的还原能力；在有氧、pH=10．30和温度为32℃的条件下，含Cr（VI）1570．0mg／L的废水经微生物处理16h后Cr（VI）质量浓度降为0．6mg／L；处理后的沉淀物中铬以非晶态存在，其中总铬含量为21．44％，Cr（VI）为痕量。     

X80管线钢埋弧焊缝组织特征及其控制的试验研究

从贝氏体强化针状铁素体基体角度出发，采用降低碳元素、提高锰元素含量，并添加镍元素以增加贝氏体转变区和高温铁素体转变区的分离程度的技术路线，进行Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系X80级（σs≥551MPa）管线钢埋弧焊丝的试验研究。焊缝的力学性能测试以及SEM、TEM显微组织观察结果表明，对于所研究的焊缝，过高的锰元素含量因提高冷裂纹敏感指数（Pcm）而细化焊缝金属原奥氏体晶粒尺寸，增加贝氏体形核质点，减少了晶内形核的针状铁素体含量，焊缝韧性下降。镍元素对Pcm贡献较小，且镍元素使焊缝金属基体易于交叉滑移，因而合适的镍元素含量有利于提高焊缝的强韧性。针状铁素体片以夹杂物为核心呈放射状生长，夹杂物周围的局部合金元素（Mn，Ti等）贫乏区提高铁素体相变温度，有利于针状铁素体在该区优先形核。另外，夹杂物周围不存在镍元素的贫乏区。     

两阶段控制冷却工艺对含钼X80抗大变形管线钢组织与性能的影响

采用TMCP热轧及轧后两阶段控制冷却技术,在试验室制备了含Mo成分的X80级抗大变形管线钢,并利用扫描电镜和透射电镜等分析方法研究了不同冷却条件对组织与性能的影响.结果表明,采用两阶段控制冷却工艺的含Mo成分X80抗大变形管线钢为铁素体-贝氏体双相组织;随加速冷却中开冷温度降低,组织中铁素体含量增加,试样强度降低,屈强比降低,均匀伸长率提高;随加速冷却中终冷温度降低,贝氏体中M/A含量减少,尺寸更细小,分布更分散,试样强度变化不大但均匀伸长率显著提升.分析表明,当铁素体含量一定时,均匀伸长率与贝氏体中M/A密切相关,细小且均匀分布的M/A可提高加工硬化速率,推迟颈缩发生,使均匀伸长率升高.当加速冷却中开冷温度为690℃、终冷温度为450℃时,组织中铁素体的体积分数约为23%、晶粒尺寸约为5μm,M/A岛尺寸约为1μm,组织均匀性良好,试样得到最优的强度塑性匹配.     

基于密集冷却工艺的700 MPa级高强带钢减小残余应力研究

目前密集冷却工艺已广泛用于生产高强度带钢,但是该技术冷却速率较快的特点易造成带钢冷却不均匀等问题,导致带钢残余应力过大,进而产生边浪等板形缺陷。本文利用有限元方法,使用ABAQUS有限元软件建立某700 MPa级高强度带钢在密集冷却工艺下的模型,实现温度-相变-应力耦合计算,并进行多个实验验证了模型的准确性。通过修改有限元模型边界条件和初始条件,研究边部遮挡和初始温差对带钢层流冷却阶段产生的残余应力分布的影响规律。对于减小带钢层流冷却过程中产生的残余应力,减小带钢进入层流冷却前的初始温差更加有效。本研究成果经过现场试验验证,可靠性较高,可用于指导该种类型高强带钢生产,以减少带钢的残余应力,提高带钢板形质量。     

Ti含量对X65管线钢组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察两组不同Ti含量的X65级别管线钢显微组织和析出物变化,并进行室温拉伸性能和0℃时CVN冲击功测试。结果表明,随着Ti含量增大,钢中析出物数量增多,多边形铁素体尺寸变细,珠光体形态退化,材料强韧性增大;Ti含量为0.11%时材料强韧性满足API Spec 5L—2007标准要求。     

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%.     

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.     

X65管线钢板交替与连续控冷工艺的计算与比较

为减小X65管线钢板控制冷却后的残余应力和翘曲,通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond的相变诱发塑性(TRIP)模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了控冷时的弹塑性变形、热膨胀、相变潜热、相变膨胀、TRIP等所有物理效应.用该模型研究了2种控制冷却工艺下X65管线钢板的温度、残余应力、残余应变及翘曲.结果表明:与连续控冷相比,交替控冷使板的温度进一步降低7℃;上表面一侧的残余拉应力峰值进一步减小44 MPa;下表面一侧的残余总压应变峰值进一步增加0.001;翘曲由0.54×10-3减至0.09×10-3;故交替控冷可降低板内的残余应力,并减小翘曲.     

工艺条件对X65管线钢的组织与性能的影响

通过拉伸和金相实验分析研究了控轧控冷工艺对酒钢X65管线钢的力学性能和显微组织的影响．结果表明：在一定范围内控制开轧和终轧温度，变形过程中提高强制冷却速度，降低终冷温度，可以明显提高X65钢的力学性能．得到较多均匀的针状铁素体组织．     

X70管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性

通过氢渗透测试、氢扩散模拟以及氢含量测试技术研究X70钢在模拟4MPa总压,0.2MPa氢气分压煤制气环境下的充氢过程,并通过冲击韧性测试、裂纹扩展测试以及缺口拉伸和慢应变速率拉伸测试方法,从不同角度分析X70钢母材和焊缝组织在模拟煤制气含氢环境下的力学性能.结果表明,在总压4MPa,0.2MPa含氢煤制气环境中,X70钢表面存在吸附氢原子并能扩散进入X70钢内部,达到稳态后内部的可扩散氢质量分数为1.9×10-7;与空气中的原始性能比较,X70钢焊缝和母材的冲击性能、缺口拉伸和慢应变速率拉伸强度、塑性以及材料的损伤容限均未发生下降;在实验煤制气环境中,X70钢具有较低的氢脆风险.     

轧制工艺对微合金管线钢组织及M/A岛的影响

采用热模拟和显微组织分析方法,研究了冷却速率、变形温度、变形量等轧制工艺参数对一种X70级微合金管线钢组织及马氏体/奥氏体(M/A)小岛的影响.结果表明:增大冷速、降低变形温度均可使组织细化,组织中多边形铁素体减少,针状铁素体增多;同时,在不同的控轧条件下,会形成一定的M/A小岛,变形温度对M/A小岛影响不大,而适当提高冷速和增大变形量将减少小岛相对量,并使其细小而弥散分布于基体;合理控制形变参数及冷速可获得较理想的显微组织与M/A小岛的配合,提高材料性能.     

不锈钢中磷和铬的联合测定

提出一种快速分析不锈钢中磷和铬的联合测定的方法,针对不锈钢中高铬含量的情况,采用王水和高氯酸溶解后,准确控制发烟时间可使磷和铬全部氧化完全.试样溶解后磷的测定采用酸性介质中用抗坏血酸为还原剂的铋磷钼蓝光度法,在波长660 nm处测定其吸光度,铬的测定采用高氯酸氧化亚铁容量法,实现了磷和铬的联合测定.通过研究与应用认为,此法对磷含量在0.005%～0.050%之间,铬含量在10%～35%的之间合金钢、不锈钢皆适用,试验结果满意.     

高强钢端板连接节点火灾下性能试验与理论研究

采用稳态火灾试验方法,对7个梁柱平齐式端板连接节点在550 ℃的火灾高温下开展足尺试验研究,得到此类节点在火灾下的受力性能以及失效机理.节点试件包括4个高强钢端板连接节点和3个普通钢端板连接节点,所研究参数为端板材料和端板厚度.为对比分析,同时对上述7个节点试件在常温下的相应力学性能进行试验研究.此外,将试验结果同现行欧洲钢结构设计规范Eurocode3中相应条文进行对比分析.研究表明,无论在常温下还是在火灾高温下,同普通钢端板连接节点相比,采用相对较薄的高强钢端板可在提高节点转动能力的同时不影响其抗弯承载力,从而确保结构整体的安全性能.