高钢级X80管线钢工艺、组织与性能的研究

高钢级X80管线钢工艺、组织与性能的研究

大口径、高压、高密度输送使石油天然气管线不断向更高钢级发展。随着管材强度级别的提高,对管材的韧性、焊接性等性能要求也进一步提高。

国际上对X80 钢管的研究主要集中在直缝埋弧焊管的焊接工艺和性能方面。而对用于制造螺旋埋弧焊管用X80 热轧板卷的成分、工艺与性能等却少有研究。

本文通过X80 钢的模拟轧制试验与结果进行了X80钢化学成分和工艺的优化,并通过工业化大生产,在武钢2250mm热连轧机组进行17.5mm X80 热轧超厚板卷的研试,研究了热连轧工艺与板卷组织、性能之间的关系,同时对板卷的焊接性、抗腐蚀性及螺旋埋弧焊管管材性能也进行了全面的研究。通过研究不同含量的合金元素钼在X80 钢中的作用规律得出,钢中添加0.10%的钼时,奥氏体转变后形成的铁素体晶粒比不含钼钢要细小。

钢中钼的含量增加到0.20%时,组织中针状铁素体的量明显增多,钢的组织以针状铁素体为主。进一步增加钼含量,可见到明显的贝氏体束和马-奥组织,钼含量增加到0.41%时,马-奥组织数量进一步增多。

钢的屈服强度、抗拉强度均随钼含量的提高而增加,而抗拉强度的提高幅度要高于屈服强度,屈强比随钼的加入而降低。-20℃冲击韧性值随钼含量的增加而呈下降趋势。

由此得出低碳-锰-铌系X80 试验钢中,钼合金的合适添加量为0.20%～0.30%。应用THERMECMASTOR-Z 热模拟试验机进行热机械加工和在线加速冷却过程的模拟压缩变形试验,对比研究了含钼0.40%和不含钼的试验钢形变奥氏体转变动力学,结果得出,钢中加入0.4%钼后,贝氏体转变被延迟,其转变开始和结束温度都下降,转变获得的贝氏体组织更细

小。

马氏体转变开始温度也随钼的加入而降低,马氏体小岛尺寸变小,分布更加均匀弥散。X80 钢的抗HIC(氢致裂纹)性能试验表明,钼的添加没有恶化X80 钢的抗HIC性能。

X80 钢的模拟轧制试验得出,500℃终冷较600℃终冷,能显著提高钢的冲击韧性。钢的屈服、抗拉强度也随终冷温度的降低而提高。

由模拟卷取的回火试验得出,X80钢经550℃回火后,强度和韧性均有适度的提高。因此,X80 钢在550℃卷取时将能得到较好的强韧性配合。

17.5mm X80 热轧板卷的工业性研试得出:较高终轧和卷取温度下得到的粗大。