管线钢x0级向x80级的升级

管线钢x0级向x80级的升级

随着能源结构的调整和能源规量的增加，管道也实现了高性能。目前，国外已采用x0级管道钢，x80级管道钢也已普及。在中国，x0级管道钢已广泛应用于重要的节水工程，如西气东输等，但x80级管道钢的渗透率相对较低。目前，国际x80p120级管道钢采用控旭控冷技术（tsp），获得了良好的性能。这种快速冷却和冷却系统降低了变相温度，增加了冷却的体积比例。同时，高速冷却使分离物更加扩散，最终得到更好的坚定和更好的线性铁素体组织。本文成功利用TMCP技术将X70管线钢升级到X80水平,节约了生产成本·另外,还研究了控轧控冷参数对该钢拉伸性能的影响、温度对示波冲击实验曲线的影响以及断口分离现象,为制定现场的轧制工艺和有效的安全分析提供了重要依据·1试验工艺及设备试验材料为鞍钢股份有限公司生产的X70级管线钢坯料,其化学成分见表1,和某厂X80钢成分相比,生产成本将大大降低·将坯料锻成断面尺寸为110mm×110mm的热轧试样后加热到1200℃,保温1h后,在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的ϕ450mm实验轧机上进行两阶段控温轧制,轧制工艺如图1所示·对轧后板材进行拉伸和冲击试验,其中,拉伸试样取自板材的横、纵两个方向,并且按照GB/T228—2002加工成板状和圆棒两种形式,试验分别在CMT5105型微机控制电子万能试验机(圆棒试样)和100t电液伺服万能试验机(板状试样)上进行·另外,从试验板材纵向上切取冲击试样,经机加工成10mm×10mm×55mm的夏比V型缺口冲击试样,在-196～-20℃温度下,按照GB4159—84和GB/T229—1994的标准规定,在Instron9250HV落地式示波冲击试验机上进行冲击试验·2结果与讨论2.1试验温度和试样形状表2给出了试验钢实际的控轧工艺参数和拉伸性能结果·可以看出,对于圆棒试样和板状试样,无论取样方向是纵向还是横向,5种轧制工艺所得钢板的抗拉强度均达到了X80的标准(>625MPa);而对于圆棒试样的屈服强度,横向都已达到X80的标准(>555MPa),但是纵向#1～#4均未达到X80标准,其中#1和#4比较接近X80标准·另外,卷取温度对圆棒试样的屈服强度的影响如图2所示·在试验温度范围内,随着卷取温度的升高,圆棒试样的屈服强度呈先增后减的趋势,试验钢最适宜的卷取温度为510～530℃,并且由表2看出,此温度区间的#5工艺所得的板材强度满足X80标准·图3给出了不同试样形状对#1,#2,#4和#5工艺所得板材的屈服强度和抗拉强度的影响·由图3可以看出,无论是横向取样还是纵向取样,对于抗拉强度(Rm),板状试样的测试值都高于圆棒试样测试值,且平均差值为19MPa,最高差值达到62MPa;对于屈服强度(Rp0.2),板状试样测试平均值高于圆棒试样27MPa,最高达到58MPa·2.2材料的低温韧性对试验钢#1～#5工艺的系列冲击吸收功进行Boltzmann函数回归得到相应的吸收功-温度曲线·按照能量准则,冲击功高阶能和低阶能的平均值对应的温度为韧脆转变温度·表3给出了不同工艺的高阶能USE(uppershelfenergy),-20℃不同工艺的冲击吸收功AkV(-20℃)和韧脆转变温度DBTT(ductile-brittletransitiontemperature)·由表3可以看出,4种工艺的USE和AkV(-20℃)均大于310J,韧脆转变温度均低于-100℃·由此可见,试验钢具有良好的低温韧性,远远超过了X80管线钢的技术要求·3讨论3.1不同温度试验示波冲击试验的总吸收能可分为三部分:1)初始区域形成时的吸收能量E1,它由弹性变形能Ee和塑性变形能Ep两部分组成;2)纤维状断裂期的吸收能量E2;3)不稳定裂纹终止后吸收的能量E3·由图4可以看出,不同温度载荷-位移曲线的上升段非常接近,说明试样破坏所需的弹性变形能Ee非常接近,-140℃和-196℃温度下的脆性断裂冲击试验除外;载荷峰值平台区有明显的震荡过程,试验温度对震荡过程的长度影响较小·过了震荡区后,试验温度较低的试样载荷突然降低,而试验温度较高的试样随着位移的增加载荷逐渐减小·另外,由图5可知,试验温度降低,冲击功降低,最大冲击载荷增大,但在-140℃和-196℃温度下,由于发生的是脆性断裂,所需的最大载荷非常小,所以最大载荷出现了明显的减小·3.2试验结果与分析在实验钢的夏比冲击试验中,普遍存在着严重的断口分离现象,形貌如图6所示·按照主裂纹的多少冲击断口大体可分为0级、1/2级(微裂纹)、1级、2级和3级五个级别·裂纹大都集中在试样中部的纤维区,结晶区基本上无分离裂纹·另外,在部分试样中主裂纹出现的同时还伴有次级微裂纹的生成·分离裂纹的产生主要与带状组织、氧硫化物、MA岛以及某些元素的偏析有关·显微组织显示,实验钢中并未出现带状组织·另外,考虑到钢中含有质量分数为0.020%的磷,对#4工艺冲击试样的断口尖端进行X射线能谱分析(图7),结果表明,断口附近主要以Al的氧化物、MnS等第二相粒子为主,并伴有Ti,V的析出相,并没有发现磷的偏析现象·4拉拔试验条件1)随着卷取温度的升高,圆棒试样的屈服强度呈先增后减的趋势;试验钢在终轧温度830℃,卷取温度510～530℃的温度制度下可使X70管线钢成功升级到X80级别·2)板状拉伸试样得到的强度值明显高于圆棒拉伸试样得到的强度值·3)卷取温度对冲击性能的影响较小,几种工艺的高阶能(USE)和AkV(-20℃)均大于