組織對管線鋼力學(xué)性能和抗H2S行為的影響

1、第 44 卷第 2 期金屬學(xué)改 Vol-44No.2 2008 年 2 月第 215221 頁 221硫含量及顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗 H2S 行為的影響沈卓 ? ,。李玉海 ? 單以銀。劉凱。楊柯。1 沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,沈陽 1101682 中國科學(xué)院金屬研究所 ,沈陽 110016摘要測試了 4 種不同硫含量 (5x106,17x10 6,50 x106,lOOx10 6 及不同顯微組織管線鋼的力學(xué)性能和抗 H2S 開裂性能 .結(jié)果表明 ,高硫含量 (100 x10 一 o 會導(dǎo)致管線鋼中 II 型 Mns 夾雜物的形成 ,惡化沖擊性能 ,而對拉伸性能和抗 H2s 開裂性

2、能不產(chǎn)生明顯影響 .針狀鐵素體組織比 (多邊形鐵索體 +珠光體組織具有更好的強韌性 , 但兩種組織的抗 H2S 開裂性能相反 ,分析認為這與針狀鐵素體中大量可動位錯對氫的攜帶和聚集有關(guān) .關(guān)鍵詞管線鋼 ,顯微組織 ,針狀鐵素體 ,抗 H2S 開裂性能 ,力學(xué)性能中圖法分類號 TGl42.1 文獻標識碼 A 文章編號 04121961(200802一 0215 一07INFLUENCES oF SULFUR CoNTENT AND MICRo. STRUCTURE oF PIPELINE STEELS oN MECHANICAL PRoPERTY AND H2S RESISTANT BEHAVI

3、oRSHEN Zhuo1,21。 LI Yuhai ,SHAN Yiyin ,LIU Kai21,YANG Ke21School of Materials Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang1101682Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016Supported by National Natural Science Foundation of China(No.50名 7110aand Key Technolo

4、gies R&D Program of Liaoning Province No.2005221002Manuscript received2007-0425,in revised form200709-21ABSTRACT Mechanical properties and sulfide stress cracking(SSCresistances of four pipeline steels with sulfur contents of5 106.17x106.50 i06and lOOx10 6and di 船 rent microstructures were investiga

5、ted.The results showed that the high sulfur content of100X106led to the formation of II typeMnS inclusions and worsened the fracture toughness.but has no obvious effect on tensile property and SSC resistance.The steel with acicular ferrite fAFmicrostructure exhibited better strength and toughness th

6、an that with polygonal ferrite(PFplus pearlite(P,but their SSC resistant abilities were opposite,which is related to large amount of mobile dislocations in the AF,these dislocations can carry hydrogen atoms and resulted inthe hydrogen accumulation.KEY WoRDS pipeline steel,microstructure,acicular fer

7、rite,H2S resistance,mechanical property隨著能源需求的迅猛增加和各國管線制造企業(yè)的激烈競爭,開發(fā)耐高壓、長壽命、耐腐蝕輸氣管線已勢在必行【11.從 X52 -x120 級管線鋼的發(fā)展趨勢可見,強度指標成為衡量管線輸送能力的最重要指標之一.因此 ,在過去關(guān)于管線鋼的開發(fā)和研究中 ,大量的工作集中在成分設(shè)計和熱機械控制加工(TMCP 的工藝參數(shù)優(yōu)化 ,以期得到鐵素體一珠光體、鐵素體一貝氏體、針狀鐵素體以及木國家自然科學(xué)基金項目50471106和遼寧省科技攻關(guān)項目2005221002資助收到初稿日期 :200704 25,收到修改稿日期 :2007-09 21

8、作者簡介 :沈卓 ,女 ,1981 年生 ,碩士生鐵素體一馬氏體等不同類型的顯微組織 ,進而提高管線鋼的機械性能 ,滿足油氣輸送對管線的強度要求 12-51.對于惡化管線鋼強韌性和耐腐蝕性等性能的 S、 P 以及其它雜質(zhì)元素 ,則盡可能降低其含量 ,例如將最大硫含量控制在30 x10 一.然而 ,合理地控制有害元素含量應(yīng)該比大幅度降低其含量更經(jīng)濟和可行.但到目前為止 ,關(guān)于有害元素含量對管線鋼性能的影響方面的報道極少.與此同時 ,在評估高強度級別輸氣管線綜合性能過程中,抗 H2S 腐蝕性能已經(jīng)成為重要的研究內(nèi)容之一 .與管線鋼的強度設(shè)計相類似,大量的工作集中在材料的組織、腐蝕介質(zhì)溫度等對管線鋼

9、抗 H2S 腐蝕性能的研究 ,只有少量關(guān)于夾216金屬學(xué)報第 44卷雜物 ,特別是硫化物對管線鋼抗H2S 腐蝕性能的研究報道 ,且觀點也不盡相同歸-9J.本文選擇了具有兩種典型組織的 4 種不同硫含量管線鋼作為實驗材料 ,研究了硫含量對管線鋼中硫化物形態(tài)、分布的影響 ,以及硫含量和顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗 H2S 腐蝕性能的影響 .期望本文工作對管線鋼中有害雜質(zhì)元素含量的控制以及顯微組織控制提供理論依據(jù) ,為管線鋼的實際生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用 .實驗方法實驗用 A 、B、 C、 D 鋼的化學(xué)成分如表 1 所示 ,鋼中的硫含量依次增高 .在高溫下鍛造成 110mm 厚板坯 ,再經(jīng) 1200保溫 7

10、0min 后按表 2 工藝進行控制軋制 ,終軋后軋板快速冷卻到 500,放入到 500的常壓熱處理爐中保溫 3h,保溫結(jié)束后隨爐冷卻到室溫 ,以模擬實際生產(chǎn)中的卷板過程 .采用光學(xué)顯微鏡、Cambridge-S360型 SEM 和JEM 2000FX_II 型 TEM 對鋼的顯微組織和鋼中夾雜物進行觀察 ,顯微組織觀察的試樣取自板厚的1/4 處并且平行于軋制方向 ,夾雜物分析的試樣分別在軋板橫向的邊部、1/4 和中心部位沿軋向取樣 (尺寸 :20minx20mm 板厚 mm.拉伸實驗按 ASTM E8M-96 標準在 AG-5000A MTS 拉伸實驗機上進行 ,試樣沿軋制方向截取 . Cha

11、rpy 沖擊實驗按照 ASTM E23-02 標準在Zwick/RollRKP 450 沖擊實驗機上進行 ,沖擊試樣沿垂直軋板方向截取 (尺寸 :5min10mm 55mm.參照國際通用的 NACE TM0177-96 中的 “Method B標”準 110J 來評價實驗鋼的抗 H2S 腐蝕開裂能力,獲得材料的臨界應(yīng)力 (sc.試樣全部采用橫向截取,寬面平行于軋向 ,尺寸如圖 1 所示 .腐蝕介質(zhì)為 :O.5%CH3COOH+99.5%蒸餾水 +飽和 H2S 氣體 ,溶液初始 pH 值為 3.在一定名義應(yīng)力下 ,經(jīng) 168h 后從溶液中取出試樣 ,在光學(xué)顯微鏡下觀察 ,如發(fā)現(xiàn)全部試樣孔邊都未產(chǎn)

12、生裂紋 ,則對后面的試樣提高所加的名義應(yīng)力 .名義應(yīng)力和臨界應(yīng)力可用下式表達【10】 :(1式中 ,S 為名義應(yīng)力 ,MPa;Sc 為臨界應(yīng)力 ,MPa;E 為彈性模量 ,MPa;t 為厚度 ,mm;D 為中截面最大撓度 ,mm;L 為跨距 ,mm;T 為開裂狀態(tài) ,開裂取值 “一 1”,不開裂取值 “+1”;禮為試樣個數(shù) .實驗后腐蝕溶液的 pH 值小于 4.在處理實驗結(jié)果時 ,去除 S 與 & 相差大于士210MPa 的實驗數(shù)據(jù) .實驗結(jié)果2.1顯微組織及硫化物分布經(jīng) TMCP 工藝 (表 2 軋制之后 4 種實驗用鋼的顯微組織如圖 2 所示 ,A 鋼的典型顯微組織為針狀鐵索體(acicu

13、lar ferrite,AF+ 少量多邊形鐵素體 (polyg-onal ferrite,PF+微量馬氏體 /奧氏體島 (marten-site/austenite island,M/A;與 A 鋼相比 ,B 鋼組織中 AF 的含量稍低 ,PF 的含量有所增加 ,M/A 的含量基本相同 .C 鋼組織由 PF+少量 AF+少量珠光體(pearlite,P組成 ,且 AF 和 P 呈帶狀沿軋向分布 (如圖 2c;與 C 鋼組織相近 ,D 鋼組織以 PF 為主 ,只是 PZnOlOS 刪.,/I廠I圖 l 三點彎曲試樣尺寸豆科_土_TFig.1Dimensional drawing ofthe st

14、andard bent-beam testspecimen(mln表 1實驗用管線鋼的化學(xué)成分Table1Chemical compositionsofthe tested steels(m 雒 s fraction,%1the deviation of the actualrolling temperature waslessthan 5as designed約警罷I|量衛(wèi)&第 2 期沈卓等 :硫含量及顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗H2S 行為的影響217含量略微升高 ,而 AF 含量降低 (如圖 2d.此外 ,A 、B 兩種鋼的平均晶粒尺寸在6pm 左右 ,而 C,D 鋼的晶粒尺寸達到10

15、弘 m 左右 .TEM 觀察進一步證明了以上組織特征 ,A 鋼是典型的針狀鐵素體組織 ,晶界模糊 ,晶內(nèi)和晶間分布納米尺寸的析出相 ,并且在析出相周圍有高密度的位錯分布 (如圖 3a;而 D 鋼中除多邊形鐵索體之外 ,還存在珠光體組織 ,以及比 A 鋼明顯要少的析出相和位錯密度 (如圖 3b.夾雜物的 SEM 觀察表明 ,A、B、C 3 種鋼中夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和分布基本相同 ,夾雜物呈球形 ,數(shù)量極少 ,分布相對均勻 ,夾雜物平均等級為 ASTM 1.5 級. EDX 能譜分析表明 ,球形夾雜物為 (Ca,A1,Mg 的氧圖 2 實驗用鋼的顯微組織Fig.2Metallographsofth

16、e testedsteels(etched by 5%nitric acid ethanol solution(aSteel A,AF+PF+smal amount of M/A(dark small particles(bSteel B,AF+PF+small amount of M/A(dark small particles(c1SteeI C,PF+small amount of AF+small amount of P(dark strips(dSteel D,PF+small amountofAF+small amountofP(dark strips囝 3 實驗用鋼的 TEM 照

17、片F(xiàn)ig.3TEM micrograplm of the tested steels(8Steel A,precipitates and dislocationsaround them in AF(bSteel D,PF+P,fewer precipitatesanddislocations218金屬學(xué)報第 44 卷化物和 MnS 的復(fù)合型夾雜物 (如圖 4a,而對于 D 鋼,除具有球形夾雜物之夕卜 ,還有大量沿軋向分布的長條形夾雜物 ,夾雜物等級為 ASTM 2 級 ,EDX 分析表明為 MnS夾雜物 ,即 II 型 Mns 夾雜物 (如圖 4b.2.2 力學(xué)性能表 3 是在 TMCP 工藝

18、下得到的 4 種管線鋼的力學(xué)性能 ,可見控軋控冷工藝使管線鋼獲得了優(yōu)異的綜合性能 .A、 B 兩種鋼板的強度達到了美國 API 標準中 X80 級別管線鋼的要求111J,具有良好的延伸率和室溫及低溫沖擊韌性.而 C、D 兩種鋼板的強度也達到了API 標準中 X65 級別管線鋼的要求 ,但是 D 鋼的室溫沖擊韌性和低溫沖擊韌性明顯偏低 ,數(shù)值上沒有太大差別 .說明引起 D 鋼沖擊韌性低的原因不是顯微組織而是其它因素 ,比如夾雜物等 ,具體原因?qū)⒃谟懻撝性敿毞治?2.3 抗 H2S 性能表 4 列出了按 NACE TM0177 96Method B 所獲得的 4 種實驗用管線鋼的抗H2S 開裂實驗

19、結(jié)果 ,并按式(2 直接計算出 A,B 兩種鋼的臨界應(yīng)力分別為703 和654MPa,已遠超過材料屈服強度的90%,即滿足商用管線鋼的抗 H2S 腐蝕性能要求 91. 而對于 C、 D 兩種鋼 ,當名義應(yīng)力達到 1300MPa 時,兩種鋼所分別對應(yīng)的兩個試樣仍然沒有開裂 ,若繼續(xù)增大載荷則將導(dǎo)致材料發(fā)生塑性變形 ,違背了實驗標準中的加載原則 ,因此無法繼續(xù)增大載荷 ,所以無法直接計算出臨界應(yīng)力 .但是可以據(jù)此推斷其值必定大于實驗中所施加的最大名義應(yīng)力 1300MPa.即 C、 D 鋼比 A 、B 鋼具有更好的抗H2S 腐蝕性能 .圖 5 示出了 A 鋼在名義應(yīng)力為 1300MPa 時,經(jīng) SS

20、C 腐蝕實驗后的腐蝕形貌 .可見 ,在試樣兩 4qL 附近有大量的溝槽 ,而且距離試樣兩小孔越近 ,應(yīng)力越大 ,溝槽越寬 (見圖 sa.中心最寬溝槽在最大應(yīng)力作用下已經(jīng)開裂 ,局部放大發(fā)現(xiàn) ,裂紋中殘余大量晶體狀腐蝕產(chǎn)物 (見圖 5b,經(jīng)能譜 (EDX 分析為 FeS(見圖 5c;將試樣沿閏 4 實驗用鋼中 SEM 像和 EDX 譜Fig.4SEM micrographs of inclusions in the tested steels and their EDX spectra(aSteel A,composite inclusions consisted of(Ca,A1,Mg02an

21、d MnS and its corresponding EDX spectrum (bSteel D,besides the same inclusions勰 in Steel A,elongated MnS and its corresponding EDX spectrum表 3 實驗用管線鋼的力學(xué)性能Table 3Mechanical properties of the testedsteels第 2 期沈卓等 :硫含量及顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗H2S 行為的影響219表 4 實驗用鋼的 SSC 開裂實驗結(jié)果Table4SSCnumbers of the tested steels

22、and critial shearstress&圉 5 實驗 A 鋼 SSC 試樣腐蝕后典型 SEM 形貌Fig.5SEM micrographs ofthespecimen of Steel A afterSSCtest(nominal stress:1300MPa(acorrosion surface around the holes(bmagnification ofrectangularzoneinFig.5a(cF.DXpatternof thecorrosion crystal shown by short arrow in Fig.5b(dcrosssectionimage me

23、chanicallyfracturedalong cracksin Fig.5a,the partencircledbythe broken linecorrodedfully(emagnificationofrectangularzoneinFig.5d(fEDXpattern of the corrosioncrystalshownbyarraw inFig.5e 金屬學(xué)報 第卷 該裂紋機械打斷并觀察其內(nèi)部腐蝕情況（見圖），裂紋 表面區(qū)域已經(jīng)完全被腐蝕（見圖中虛線區(qū)域），腐蝕產(chǎn)物為大塊結(jié)晶（見圖左側(cè)部分），而機械打斷區(qū)域為大量腐蝕碎屑（見圖右側(cè)部分），經(jīng)分析為 （見圖），表明腐蝕仍然繼續(xù)進

24、行而對于未斷裂的 、鋼的試樣，以及直至加載到仍然沒有 是鋼的室溫沖擊斷口形貌，斷口由大量細小的穿晶韌窩組成，塑性變形明顯；相比之下， 鋼的室溫沖擊斷 口則明顯凹凸不平，且平行軋向有大量溝槽，每一溝槽末端圓滑，是明顯條形夾雜物的聚集區(qū)（見圖中箭頭所指）當受到?jīng)_擊載荷時，裂紋同時在不同處 萌生，一旦相連必然迅速擴展，導(dǎo)致韌性惡化可見，為 了保證管線鋼的力學(xué)性能，應(yīng)將硫含量控制在 斷裂的、鋼的試樣，其表面也有大量的腐蝕產(chǎn)物和腐蝕溝槽 或者更低水平而在 或者更高硫含量的情況分析與討論 、兩種鋼的組織中比、兩種鋼含有更多的 下，應(yīng)通過適當工藝（如添加稀土或者特殊的鈣處理）使 球化，進而達到保證管線鋼性能

25、的目的，但必然會增加商用管線鋼的生產(chǎn)成本，而且有些措施在實際生產(chǎn)過程中也很難實施和控制 針狀鐵素體，這是由于在、兩種鋼中添加了元素，從而降低了相變溫度，抑制塊狀鐵索體的形成，促進 針狀鐵素體的形成，】當然低的含碳量也起到了一 定作用值得一提的是，本文中的種實驗用鋼的平均晶 粒度均達到級以上，其中、兩種鋼的晶粒尺寸要比，兩種鋼的晶粒尺寸小，這種在相同工 從組織、夾雜物和力學(xué)性能上分析，兩種鋼 的抗腐蝕性能要比含有珠光體條帶組織、夾雜物較多（尤其鋼）、本身強度較低的，兩種 鋼好，但實驗測得的抗腐蝕開裂實驗結(jié)果卻恰恰相 藝下晶粒度差別，除了要歸因于合金元素、的添加形成碳氮化合物來延遲奧氏體的再結(jié)晶，

26、從而達到了細化晶粒作用【，還得益于較低的終軋溫度終軋溫度 的降低會細化晶粒，而且會增加切變形成的鐵素體中位錯 的密度和亞結(jié)構(gòu)，使強韌性均會提高【此外，鋼中的對細化晶粒和提高強度也起了重要作用，析出的可有效的阻止奧氏體晶粒長大，并成為鐵素體的 形核質(zhì)點，這是、兩種鋼所不具備的從表中的化學(xué)成分、表中的沖擊性能和圖中的夾雜物分析可以看出，管線鋼中或者更低的 反（見表）這是因為在硫化物的腐蝕過程中氫的聚集受到應(yīng)力和氫陷阱兩個因素控制，鋼中的夾雜物、碳氮化合物、珠光體組織以及位錯等處容易聚集氫成為氫陷阱，但 這只是氫致裂紋形成的可能條件，更重要的還有在應(yīng)力作 用下氫的輸送和聚集在本文的抗開裂實驗中，試樣

27、中部兩小孔區(qū)域所受應(yīng)力最大，高應(yīng)力導(dǎo)致更大的塑性區(qū)，而氫通過晶格擴散和可動位錯運動的攜帶不斷聚集到 塑性區(qū)，導(dǎo)致應(yīng)力繼續(xù)增大，如此交互作用，直至裂紋形成和擴展，即發(fā)生氫脆在本文實驗中，、兩種鋼的終軋溫度較低，位錯密度較高（見圖），可動證錯的數(shù) 量也相應(yīng)較多，這些位錯會在應(yīng)力的作用下攜帶更多氫移 動到塑性區(qū)，從而加劇了氫致開裂傾向而以多邊形鐵素硫含量在通過適當?shù)囊苯鹛幚碇?，能夠使夾雜物球化，細小、均勻地分布于鋼的基體中，并不影響材料的力學(xué)性 能而當硫含量達到時，將導(dǎo)致大量平行軋向 體組織為主的、兩種鋼（見圖和圖），位錯密度則要比針狀鐵素體組織少得多，因而在應(yīng)力的作用下，只有很少的可動位錯攜帶氫

28、聚集到應(yīng)力集中處的塑性區(qū)，減 的夾雜物的形成（見圖），雖然對材料的拉伸性能幾乎沒有影響，但是導(dǎo)致沖擊韌性的嚴重惡化圖囝實驗用管線鋼的室溫沖擊斷口的形貌 （） ， （） ， ， 萬方數(shù)據(jù)萬 方數(shù)據(jù)第期 沈卓等：硫含量及顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗行為的影響【】 少了氫致開裂的傾向，直至加載到材料發(fā)生塑性變形，如 本文實驗中的名義應(yīng)力達到了 結(jié)論 根據(jù)本實驗所選用的種管線鋼以及本文中所有的 實驗結(jié)果和分析，可以得出以下結(jié)論： ， ， ， ， ， ，；：【】 ， ， ；：【】， ， ， ， ，；： 】 、 ， ， ， ，；： （）在相同工藝下，、 等微合金化的管線鋼更有利于獲得具有高密度位錯的】，

29、： ，￥硎； 針狀鐵素體組織，屈服強度可達到強度級別；無微合金化元素的管線鋼得到（多邊形鐵素體珠光體）組織， 屈服強度可達到強度級別 【】 ， ，；：【】 ， ， ： ， ， 軌， ，：， ， ， （）當鋼中含有高達娟的硫時，容易導(dǎo)致材 料內(nèi)部形成平行自的型夾雜物，雖然并不顯著 影響材料的拉伸性能，但會導(dǎo)致材料的沖擊性能惡化 ：【 ， （）管線鋼中的夾雜物、粗化析出相以及珠光 體組織等是潛在的氫陷阱，但并不主要決定其抗腐 蝕性能，而具有高密度位錯的針狀鐵素體組織中的可動位 錯成為氫的載體和主要聚集途徑，在應(yīng)力作用下管線鋼容 易發(fā)生氫脆開裂 參考文獻 【】 ， ， ， ， 覷兒；： （趙明純，單

30、以銀，曲錦波。楊柯，高珊，鄭磊金屬學(xué) 報，；：） 【】， ， ， ，；： （鐘勇，王忠軍，單以銀，楊柯材料研究學(xué)報，；：） 吼 ：。 ： 【 ， ，： （高惠缶編著管線鋼 組織、性能、焊接行為西安：陜 西科學(xué)技術(shù)出版社， ：） 】 ， ，： ，： 【 ， ，；： ，：，： 】 ， ，；： 萬方數(shù)據(jù) 萬 方數(shù)據(jù)硫含量及顯微組織對管線鋼力學(xué)性能和抗 H2S 行為的影響 作者： 作者單位：沈卓， 李玉海， 單以銀， 劉凱， 楊柯， SHEN Zhuo， LI Yuhai ， SHAN Yiyin ， LIU Kai ， YANG Ke 沈卓 ,SHEN Zhuo(沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 ,沈

31、陽 ,110168;中國科學(xué)院金屬研究所 ,沈陽 ,110016， 李玉海 ,LI Yuhai( 沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 ,沈陽 ,110168， 單 以銀 ,劉凱 ,楊柯 ,SHAN Yiyin,LIU Kai,YANGKe(中國科學(xué)院金屬研究所 ,沈陽 ,110016 金屬學(xué)報 ACTA METALLURGICA SINICA 2008，44(2 0 次 刊名： 英文刊名： 年，卷 (期： 被引用次數(shù)： 參考文獻 (15 條 1.高惠臨 管線鋼 -組織、性能、焊接行為 1995 2.Zhao M C.Yang K.Shan Y Y 查看詳情 2002 3.Yoshie A.Fuji

32、oka M.Watanabe Y.Nishioka K Morikawa H 查看詳情 1992 4.Bott I D S.Souza L F G D.Eixeira J C G.Rios P R查看詳情 2005 5.Hwang B.Kim Y G.Lee S.Kim N J Yoo J Y 查看詳情 2005 6.Domizzi G.Anteri G.Garcia J O 查看詳情 20017.Nakai Y.Kurahashi H.Emi T.Haida O 查看詳情 1979 8.Ravi K.Ramaswamy V 查看詳情 1990 9.Pressouyer G M.Blondea

33、u R.Primon G.Gadiou L查看詳情 1982 10.NACEStandard TM0177-1996.Method B-NACE Standard Bent-Beam Test 1996 11趙.明純 .單以銀 .曲錦波 .楊柯 .高珊 .鄭磊 查看詳情 期刊論文 - 金屬學(xué)報 2001 12.鐘勇 .王忠軍 .單以銀 .楊柯 查看詳情 期刊論文 - 材料研究學(xué)報 2003 13.Muddle B C.Cizek P.Wynne BP.Davies C H 查看詳情 1997 14.Sharma U.Ivey D G查看詳情 2000 15.Brown A.JonesC L 查

34、看詳情 1984 相似文獻 (10 條 1.期刊論文 趙明純 .單以銀 .李玉海 .楊柯 顯微組織對管線鋼硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的影響 -金屬學(xué)報 2001,37(10 研究了不同顯微組織管線鋼的抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂 (SSCC行為 .結(jié)果表明 ,細小針狀鐵素體為主的顯微組織抗 SSCC性能最佳 ,超細鐵素體的顯微組織 次之 ,(鐵素體 +珠光體的顯微組織最差 .分析表明 ,氫脆是高強度管線鋼在 SSCC中的主要破壞形式 ;針狀鐵素體為主的顯微組織 ,其內(nèi)部的高密度纏結(jié)位錯 和彌散析出的碳氮化物起到了強烈的氫陷阱作用 ,表現(xiàn)出最佳的抗 SSCC性能 . 2.學(xué)位論文 喬馨 X65 管線鋼顯微組織與

35、力學(xué)性能的研究 2007 當前，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，對石油、天然氣的需求急劇增加，對管線鋼的需求也相應(yīng)地急劇增加。在激烈的市場競爭下，世界上各油氣公司普遍接受采用更高強度級別的管線鋼，以便可以采用高壓輸送油氣而降低成本。因此，近年來高壓輸送和厚壁、高強度的管線已經(jīng)成為管線建設(shè)的一個新的發(fā)展趨勢。在管線建設(shè)的這種新的發(fā)展趨勢中，針狀鐵素體管線鋼由于具有優(yōu)良的強韌性能、焊接性能、抗硫化氫開裂性能而具有廣闊的應(yīng)用前景 。 本文以鞍鋼的產(chǎn)品微合金管線鋼 X65 為研究對象，通過進行實驗室模擬軋制實驗，將控制軋制與控制冷卻技術(shù)應(yīng)用于微合金管線鋼的生產(chǎn)過程中，探 討了微合金管線鋼熱變形過程中組織細化與

36、性能變化的規(guī)律，同時研究了 X65 的顯微組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系以及針狀鐵素體管線鋼的強化機制。從而 ，為實際工業(yè)大生產(chǎn)中通過 TMCP 工藝來改善管線鋼的針狀鐵素體組織和提升管線鋼的綜合力學(xué)性能，提供了重要的理論基礎(chǔ)和工藝依據(jù)。主要研究內(nèi)容 和研究方法如下： 1按照自行設(shè)定的工藝制度，利用實驗室軋機進行實際控制軋制和控制冷卻實驗，在熱軋實驗中對X65 管線鋼采用兩階段多道次控軋和適當冷卻速度控冷的 TMCP 工藝； 2對 TMCP 工藝后的 X65管線鋼進行金相試樣的制備，并使用光學(xué)顯微鏡對試樣進行顯微組織觀察和分析，研究不同的控軋控冷工藝參數(shù)對 X65 管線 鋼顯微組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；

37、3對 TMCP 工藝后的 X65 管線鋼進行金屬薄膜試樣的制備，在透射電鏡下對試樣進行顯微組織觀察和分析，研究針狀鐵素體管線鋼的強化機制；4對 TMCP 工藝后的X65 管線鋼進行力學(xué)性能檢測，探討不同的控軋控冷工藝參數(shù)對X65 管線鋼力學(xué)性能的影響規(guī)律；5綜合分析各種實驗結(jié)果，總結(jié)控軋控冷工藝參數(shù)對X65 管線鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，揭示X65 管線鋼顯微組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。 從而在不改變現(xiàn)有管線鋼化學(xué)成分的情況下，僅僅通過優(yōu)化的TMCP 工藝，進行管線鋼的柔性化軋制，最終實現(xiàn)管線鋼組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和力學(xué)性能的提升 。 3.期刊論文 張雁 .蔡慶伍 .謝廣宇 .ZHANG Yan

38、.CAI Qing-wu.XIE Guang-yu 顯微組織對 X65X70 管線鋼抗 H2S 性能的影響 -腐蝕科學(xué)與防護技術(shù) 2007,19(6 通過掃描電鏡 (SEM 、透射電鏡 (TEM 等方法 ,研究了 X65 X70 級別管線鋼在飽和 H2S 溶液中的氫致開裂行為 ,及不同顯微組織、位錯與析出對氫致開裂 (HIC 的作用 .結(jié)果表明 :組織均勻的珠光體 /鐵素體型 X65 管線鋼和鐵素體 /針狀鐵素體型 X70 管線鋼均具有良好的抗 H2S 腐蝕性能 ;帶狀組織是裂紋萌生和擴 展的主要途徑 ;合金元素的彌散析出作用可以提高管線鋼的抗硫化氫腐蝕性能 . 4.會議論文 田玉偉 .蘇崇濤

39、 兩種 X70 管線鋼顯微組織的研究 2008 本文主要研究了采用 Mo 合金化和高 Nb 技術(shù)生產(chǎn)的兩種 X70 石油管線鋼 (厚度為 7.1mm 的顯微組織 ,結(jié)果表明 Mo 合金化技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品顯微組織以針狀鐵 素體為主 ;使用高 Nb 代替 Mo, 其顯微組織以多邊形鐵素體和塊狀鐵素體為主,只含有少量針狀鐵素體 ,但利用 Nb 的細晶強化和沉淀強化作用,其性能也完全達到了前者的水平 . 5.學(xué)位論文 沈卓 顯微組織及硫含量對管線鋼力學(xué)性能和抗硫化氫性能的影響2008 本論文以不同硫含量的商業(yè)用管線鋼為實驗材料，首先進行了管線鋼的連續(xù)冷卻相變實驗，研究了過冷奧氏體的相變規(guī)律。結(jié)果表明：冷

40、卻速度為7.5/s20/s 時能夠獲得以針狀鐵素體為主的組織。在上述工作的基礎(chǔ)上，為實驗用管線鋼制定熱機械控制加工工藝，討論了化學(xué)成分、顯微組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明：微合金化的管線鋼更利于獲得具有高密度位錯的針狀鐵素體組織，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，而無微合金化元素管線鋼得到多邊形鐵素體 +珠光體組織，強韌性較好。當鋼中含有高達100ppm 的硫含量時，容易導(dǎo)致材料內(nèi)部形成平行軋向的型 MnS 夾雜物，雖然并不顯著影響材料的拉伸性能，但會導(dǎo)致材料的沖擊韌性惡化。最后重點討論了顯微組織及硫含量對管線鋼抗H2S 性能的影響。結(jié)果表明：硫含量50ppm 或者更低的管線鋼具有良好的抗H2S 性能，能夠滿足商業(yè)用管 線鋼抗 t2S 性能的評價標準。另外，含有高密度位錯的針狀鐵素體管線鋼具有較低的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能，而位錯密度較低的多邊形鐵素體+少量 珠光體管線鋼則具有相對較高的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能。6.期刊論文 徐學(xué)利 .辛希賢 .智彥利 .周勇 .XU