CN103215420A - 一种大变形管线钢双相组织的获取方法 - Google Patents

Abstract

一种大变形管线钢双相组织的获取方法，包括以下步骤：步骤一、按照设计要求先进行小部分管线钢成分的设计；步骤二、测定设计的小部分钢材连续冷却转变曲线即CCT曲线，CCT曲线体现钢材在不同冷却速率下的组织转变规律；步骤三、在CCT曲线上选择符合形成贝氏体+铁素体双相组织要求的冷却速率范围；步骤四、确定冷却速率范围所对应的各相变点；步骤五、根据确定的相变点和冷却速率范围确定钢材制造时的最重要的两项工艺参数，即冷却温度和冷却速率；根据现有工艺，采用得出的冷却温度和冷却速率，进行钢板的批量生产，通过这种方法获得的双相组织大变形管线钢的均匀伸长率可以达到12％以上、形变强化指数可以达到0.15以上，屈强比可以达到0.77以下，满足了标准中对大变形管线钢的要求。

Description

一种大变形管线钢双相组织的获取方法

技术领域

本发明涉及石油工业中长输管道用大变形管线钢生产方法，特别涉及一种大变形管线钢双相组织的获取方法。

背景技术

大变形管线钢是一种适用于油气长输管道在通过地质复杂地区(滑坡、地震、冻土等)时，为了降低地层移动对管道可能造成的变形损伤而开发出来的新型管道结构用材料。这种新型管线钢的典型组织是由软质基体相和硬质第二相的双相组织所组成，其性能特点是在高强韧性的基础上，具有较高的形变强化指数(＞0.1)，较大的均匀伸长率(＞8％)和较低的屈强比(＜0.8)，因而具有在大应变环境中抵抗屈曲、失稳和延性断裂的极限变形能力，满足大变形的需求。随着世界经济发展对能源需求的快速增长，高压、大管径油气长输管道通过复杂地质条件的情况越来越多，大变形管线钢的应用越来越广泛，因此大变形管线钢也就成为管线钢领域中一个重要的研究方向。目前，在世界范围内，大变形钢管的生产仅限于日、美等国家，我国西气东输二线所用大变形钢管均为国外生产。

目前，在世界范围内，大变形管线钢仅在日、美等国家有少量生产，但其生产方法和工艺未有公开报道。在国内也有相关单位进行了研究，但所公开的内容只是涉及到成分和最后得到的测试性能，均未提供具体的制造工艺方案和双相组织的组织照片和应力应变曲线这两个最能体现大变形双相组织的直接依据。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大变形管线钢双相组织的获取方法，该方法在传统制造管线钢的基础上，通过控制工艺钢板的冷却温度和冷却速率，从而使得管线钢获得贝氏体+铁素体的双相组织；通过这种方法获得的双相组织大变形管线钢的均匀伸长率可以达到12％以上、形变强化指数可以达到0.15以上，屈强比可以达到0.77以下，满足了标准中对大变形管线钢的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大变形管线钢双相组织的获取方法，包括以下步骤：

步骤一、按照设计要求先进行小部分管线钢成分的设计，成分要求：

元素

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Cu

要求

≤0.10

≤0.45

≤1.70

≤0.025

≤0.015

≤0.50

≤0.50

≤0.50

元素

V

Ti

Mo

Nb

N

V+Nb+Ti

CEIIW

CEpcm

要求

/

/

≤0.50

/

≤0.008

≤0.15

≤0.43

≤0.25

C含量比允许最大含量每减少0.01％时，Mn允许最大含量增加0.05％，但在产品分析中Mn含量不得超过2.00％，上述参数单位均为质量百分数；

步骤二、测定设计的小部分钢材连续冷却转变曲线即CCT曲线，CCT曲线体现钢材在不同冷却速率下的组织转变规律；

步骤三、在CCT曲线上选择符合形成贝氏体+铁素体双相组织要求的冷却速率范围；

贝氏体+铁素体双相组织中贝氏体的体积分数计算按照公式：

$v_{\mathrm{fB}}=(2.635\×T-1894.3)\×P_{\mathrm{cm}}-0.25d^{-\frac{1}{2}}$

进行，贝氏体的体积分数最佳范围为45～55％之间，其中式中v_fB-贝氏体的体积分数；T-冷却温度；P_cm-碳当量；d-晶粒半径尺寸；

步骤四、确定冷却速率范围所对应的各相变点；

步骤五、根据确定的相变点和冷却速率范围确定钢材制造时的最重要的两项工艺参数，即冷却温度和冷却速率；根据现有工艺，采用得出的冷却温度和冷却速率，进行钢板的批量生产。

本发明的有益效果是：

获得了能够满足大变形性能要求的贝氏体+铁素体的双相组织。

附图说明

图1为实施例一的CCT曲线。

图2是实施例一大变形管线钢双相组织的光学显微组织和扫描电镜形貌。

图3是实施例一双相组织的应力应变曲线。

图4为实施例二的CCT曲线。

图5是实施例二大变形管线钢双相组织的光学显微组织和扫描电镜形貌。

图6是实施例二X80钢级双相组织的应力应变曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

一种X70钢级大变形管线钢双相组织的获取方法，包括以下步骤：

步骤一：确定钢材的化学成分(如下表)：下述参数单位均为质量百分数

步骤二：钢材的连续冷却转变曲线，如图1所示的CCT曲线；

步骤三：根据连续冷却转变曲线确定了该种钢材为获得双相组织的适度加速冷却的冷却速率为37～46℃/s这个范围；

步骤四、确定冷却速率范围所对应的相变点范围为663～660℃；

步骤五、根据确定的相变点和冷却速率范围确定钢材的开始冷却温度为680℃，冷却速率为40℃/s；

步骤六、采用步骤五确定的适度加速冷却工艺进行钢材的生产制造。

获得的大变形管线钢双相组织的光学显微组织和扫描电镜形貌如下图图2所示：

当以40℃/s的冷却速率适度加速冷却后，可以获得双相的组织结构。光学组织中白色部分为铁素体，灰黑色色部分为贝氏体，扫描电镜形貌中平整部分为铁素体，其余部分为贝氏体。

获得的大变形管线钢双相组织的力学性能如下表所示：

图3是双相组织的应力应变曲线：

可以看出，双相组织的应力-应变曲线具有以下特征：

1)没有明显的屈服平台，表现为连续屈服现象。

2)各应力-应变曲线均呈现平滑的拱型(Round-House type)，曲线平滑，无明显的物理屈服点和屈服伸长。

3)在最大载荷附近都有一个平坦区，覆盖了较大的应变范围，表明试验钢具有较大的均匀形变能力。

综上所述，当以40℃/s的冷却速率对材料进行适度加速冷却后，材料在满足强度要求的同时，试验钢的均匀伸长率为15.5％、形变强化指数为0.15、屈强比为0.69，具有较大的均匀伸长率、形变强化指数和较低的屈强比，因而具备了一定的大变形能力，可做为大变形管线钢使用。

实施例二

一种X80钢级大变形管线钢双相组织的获取方法，包括以下步骤：

步骤一：确定钢材的化学成分(如下表)：下述参数单位均为质量百分数

步骤二：钢材的连续冷却转变曲线，如图4所示；

步骤三：根据连续冷却转变曲线确定了该种钢材为获得双相组织的适度加速冷却的冷却速率为45～55℃/s这个范围；

步骤四、确定冷却速率范围所对应的相变点范围为(700～708℃)；

步骤五、根据确定的相变点和冷却速率范围确定钢材的开始冷却温度为720℃，冷却速率为50℃/s；

步骤六、采用步骤五确定的适度加速冷却工艺进行钢材的生产制造。

获得的大变形管线钢双相组织的光学显微组织和扫描电镜形貌如图5所不：

当以50℃/s的冷却速率适度加速冷却后，可以获得双相的组织结构。光学组织中白色部分为铁素体，灰黑色色部分为贝氏体，扫描电镜形貌中平整部分为铁素体，其余部分为贝氏体。

获得的大变形管线钢双相组织的力学性能如下表所示：

图6是X80钢级双相组织的应力应变曲线：

可以看出，双相组织的应力-应变曲线具有以下特征：

1)没有明显的屈服平台，表现为连续屈服现象。

2)各应力-应变曲线均呈现平滑的拱型(Round-House type)，曲线平滑，无明显的物理屈服点和屈服伸长。

3)在最大载荷附近都有一个平坦区，覆盖了较大的应变范围，表明试验钢具有较大的均匀形变能力。

综上所述，当以50℃/s的冷却速率对材料进行适度加速冷却后，材料在满足强度要求的同时，试验钢的均匀伸长率为11.5％、形变强化指数为0.13、屈强比为0.76，具有较大的均匀伸长率、形变强化指数和较低的屈强比，因而具备了一定的大变形能力，可做为大变形管线钢使用。

Claims (1)

1.一种大变形管线钢双相组织的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照设计要求先进行小部分管线钢成分的设计，成分要求：

元素 C Si Mn P S Ni Cr Cu 要求 ≤010 ≤045 ≤170 ≤0025 ≤0015 ≤0.50 ≤050 ≤050 元素 V Ti Mo Nb N V+Nb+Ti CE_ⅡW CEpcm 要求 / / ≤0.50 / ≤0.008 ≤0.15 ≤0.43 ≤0.25

C含量比允许最大含量每减少0.01％时，Mn允许最大含量增加0.05％，但在产品分析中Mn含量不得超过2.00％，上述参数单位均为质量百分数；

步骤二、测定设计的小部分钢材连续冷却转变曲线即CCT曲线，CCT曲线体现钢材在不同冷却速率下的组织转变规律；

步骤三、在CCT曲线上选择符合形成贝氏体+铁素体双相组织要求的冷却速率范围；

贝氏体+铁素体双相组织中贝氏体的体积分数计算按照公式：

$v_{\mathrm{fB}}=(2.635\×T-1894.3)\×P_{\mathrm{cm}}-0.25d^{-\frac{1}{2}}$

进行，贝氏体的体积分数最佳范围为45～55％之间，其中式中v_fB-贝氏体的体积分数；T-冷却温度；P_cm-碳当量；d-晶粒半径尺寸；

步骤四、确定冷却速率范围所对应的各相变点；

步骤五、根据确定的相变点和冷却速率范围确定钢材制造时的最重要的两项工艺参数，即冷却温度和冷却速率；根据现有工艺，采用得出的冷却温度和冷却速率，进行钢板的批量生产。

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