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X70抗大变形管线钢组织和性能的研究

作　者: 王振伟
导　师: 左秀荣
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: X70抗大变形管线钢基于应变设计临界区退火双相组织腐蚀
分类号: TG142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

通过永冻区、地震带、滑坡泥石流多发区等地质不稳定区域的油气输送管线要求管线钢除了具有较高的强度和韧性之外,还要具有较高的塑性变形能力。因此在传统的基于应变设计的基础上,开发出基于应变设计的方法。抗大变形管线钢就是基于应变设计的方法得到的具有连续屈服、较低的屈强比、较高的加工硬化指数以及均匀塑性变形延伸率等特性的管线钢。抗大变形管线钢在受到外部载荷产生较大变形后能够保持结构稳定,维持管道的输送能力。随着边远地区油气田的开发,管道服役环境越来越恶劣,对抗大变形管线钢的需求将越来越高。本研究以X70管线钢为实验对象,系统的分析了临界区退火工艺对X70抗大变形管线钢组织和性能及耐蚀性能的影响,控轧控冷工艺中弛豫时间和入水温度对组织级性能的影响。研究结果如下：利用扫描电镜、光学显微镜、维氏硬度计、拉伸试验机对不同临界区退火工艺的X70抗大变形管线钢组织和性能的影响进行了分析。结果发现,通过临界区退火可以得到较高的强韧性结合的抗大变形管线钢。经过对不同温度的临界区保温后水冷的试样研究发现,第二相含量、抗拉强度和加工硬化指数都随着保温温度的增加而升高,当保温温度超过790℃的时候,由奥氏体向马氏体的相变过程中产生了足够的可移动位错,造成屈服强度下降,从而得到了较低的屈强比。820℃保温1min时,奥氏体还没有完全形成,为了获得较稳定的奥氏体组织,保温时间至少为10min。790℃～880℃保温10min后空冷、油冷、水冷的试样均能够得到较低的屈强比和高均匀延伸率以及加工硬化指数。空冷的试样,硬度随着保温温度的升高而逐渐下降,出现这种,现象的主要原因是在空冷的过程中有较多的铁素体析出,造成第二相含量下降。热模拟实验结果表明：对于实验钢,当变形后以0.7℃/s的速度缓慢冷却到720℃水冷后铁素体较少,当冷却到700℃时,由于弛豫时间的增加,形成了大量的先共析铁素体；当变形后以0.9℃/s的速度缓慢冷到700℃水冷,由于弛豫时间的减少,铁素体含量急剧减少,铁素体晶粒变小。变形后经过63.6s的弛豫时间缓慢冷却至700℃后以9℃/s冷却得到的铁素体组织晶粒细小,第二相均匀分布在铁素体晶界；当弛豫时间为77.8s时,因变形造成的变形带和位错的减少,造成快速冷却中的铁素体组织粗大；当弛豫时间为100s时,产生了较多的多边形铁素体。腐蚀试验结果表明：X70管线钢Cr,Mo含量较低,不容易形成钝化膜,因此具有较低的耐腐蚀性能,但经过临界区退火后得到的铁索体加马氏体的抗大变形管线钢耐腐蚀性能均高于原始针状铁素体X70管线钢。在保温温度为740℃～780℃时具有最好的耐腐蚀性能,耐腐蚀性在800℃时有所减少,超过800℃时,随保温温度的增加耐腐蚀性能逐渐增强。保温温度为820℃时,随着保温时间的增加,在保温7min和10min时的试样具有最好的耐腐蚀性能,当保温时间超过10min后,耐腐蚀性能有所下降。820℃保温10min后分别经过水冷、空冷和油冷试样的极化曲线和自腐蚀电流密度相似,但是油冷试样的自腐蚀电位相对较高,因此油冷的耐腐蚀性能较高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-28
  1.1 引言  10-11
  1.2 管线钢的发展概况  11-18
    1.2.1 管线钢的发展历史  12-14
    1.2.2 管线钢的组织类型  14-15
    1.2.3 管线钢的研究方向  15-18
  1.3 X70管线钢组织性能、成分设计和工艺流程  18-22
    1.3.1 X70管线钢的组织  18-19
    1.3.2 X70管线钢的性能  19
    1.3.3 X70管线钢的成分设计  19-21
    1.3.4 X70管线钢的工艺流程  21-22
  1.4 抗大变形管线钢的设计要求  22-26
    1.4.1 基于应力设计和基于应变设计  23-24
    1.4.2 抗大变形管线钢性能要求  24-26
  1.5 本研究的主要意义及内容  26-28
2 热处理工艺制备抗大变形管线钢的研究  28-45
  2.1 引言  28-29
  2.2 实验方案  29-31
  2.3 结果与讨论  31-43
    2.3.1 保温温度对组织和力学性能的影响  31-36
    2.3.2 保温时间对组织和硬度的影响  36-38
    2.3.3 淬火介质对组织和力学性能的影响  38-43
  2.4 工厂试制X70抗大变形管线钢  43-44
  2.5 结论  44-45
3 抗大变形管线钢的热模拟实验研究  45-53
  3.1 引言  45
  3.2 试验材料与方法  45-47
    3.2.1 实验材料  45
    3.2.2 实验设备  45-46
    3.2.3 实验方案  46-47
  3.3 实验结果与分析  47-52
    3.3.1 快冷开始温度对铁素体组织的影响  47-48
    3.3.2 弛豫时间对水淬后组织的影响  48-49
    3.3.3 弛豫时间对9℃/s速度冷却后组织的影响  49-52
  3.4 小结  52-53
4 热处理工艺对X70抗大变形管线钢的腐蚀性能的影响  53-60
  4.1 引言  53
  4.2 实验材料与方法  53
  4.3 实验结果与分析  53-58
    4.3.1 保温温度对X70抗大变形管线钢腐蚀性能的影响  53-56
    4.3.2 保温时间对X70抗大变形管线钢腐蚀性能的影响  56-57
    4.3.3 冷却方式对X70抗大变形管线钢腐蚀性能的影响  57-58
  4.5 结语  58-60
5 结论  60-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  67

X70抗大变形管线钢组织和性能的研究

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