X70管线钢的成分设计与工艺设计..

DOI: 10.3969/j.issn.1000-6826.2021.03.0015低屈强比薄规格管线钢X70M/A岛的工艺控制Process Control on Structure of Martensite/Austenite Islands with Low Yield Ratio for Thin Gauge X70 Pipeline Steel供稿|许学利，文小明 / XU Xue-li, WEN Xiao-ming为了经济地将石油和天然气从遥远的港口或油气田输送到使用地区，虽然提高输送管道的壁厚可以提高输送能力，但也会大幅提高输送管道制作的成本，采用强度较高的薄规格低屈强比管线钢X70输送管道既经济适用又能提高输送效率，同时低屈强比管线钢更能适应管线恶劣的外部环境，因而加速了薄规格低屈强比管线钢X70的研制开发。

管线钢微观结构针状铁素体中析出的M/A岛的含量、形状、尺寸及分布等不仅影响对钢材力学性能及DWTT值有着重要影响，同时影响管线钢的屈强比，适当提高针状铁素体中M/A岛的体积分数可以提高钢材的强度。

当其体积分数一定时，M/A岛尺寸越大，钢材强度越低。

M/A岛的体积分数和大小一定时，有尖角的M/A岛则易产生应力集中而诱发裂纹，降低材料的强度和DWTT值。

细小弥散分布的M/A岛状组织能阻碍位错运动和疲劳裂纹扩作者单位：本钢板材股份有限公司技术研究院，辽宁　本溪　117000展，不易因应力集中而诱发裂纹，并使其长度小于裂纹失稳扩展的临界尺寸，可提高钢材的强度和DWTT值，同时显著降低屈强比[1-3]。

基于上述理论，均匀细小的M/A岛在不损害薄规格X70韧性指标的同时，显著提高抗拉强度，降低屈强比。

热轧机组的变形量及冷却速度是影响M/A岛关键性工艺。

本溪钢铁集团公司(简称本钢)根据2300 mm热轧机组自身的特点确定了合理的变形量和冷却速度，把厚度9.75 mm的薄规格管线钢M/A岛的数量、形状、尺寸和分布控制在合理的范围内，可以显著降低薄规格管线钢X70的屈强比(屈强比≤0.89)。

《珠光体基X70管线钢强韧化机理研究》篇一一、引言随着能源需求的不断增长，石油和天然气等能源的输送管道建设逐渐成为国家基础设施建设的重点。

在众多管线钢中，珠光体基X70管线钢因其良好的强度和韧性，被广泛应用于长距离油气输送管道的建设。

本文将就珠光体基X70管线钢的强韧化机理进行研究，以期望对其性能的提升和工程应用提供理论支持。

二、珠光体基X70管线钢概述珠光体基X70管线钢是一种低碳合金钢，其主要成分包括铁、碳、锰等元素。

该类钢的强度高、韧性好、焊接性能优异，在石油、天然气等管道建设中具有广泛的应用。

然而，如何进一步提升其性能，以满足日益增长的工程需求，是当前研究的重点。

三、强韧化机理研究1. 微观组织结构珠光体基X70管线钢的微观组织结构对其性能具有重要影响。

研究表明，该类钢的微观组织主要由珠光体、铁素体等组成。

其中，珠光体的形态、分布和数量对钢的强度和韧性有着重要影响。

通过控制热处理工艺，可以调整珠光体的形态和分布，从而提高钢的强韧性。

2. 合金元素的作用合金元素在珠光体基X70管线钢中起着重要的强韧化作用。

锰、硅、铬等元素通过固溶强化、析出强化等方式，提高钢的强度。

同时，这些元素还能改善钢的韧性、焊接性能等。

此外，稀土元素等微合金元素的添加，可以进一步细化晶粒，提高钢的综合性能。

3. 强化机制珠光体基X70管线钢的强化机制主要包括固溶强化、析出强化、细晶强化等。

固溶强化主要通过合金元素的固溶，提高钢的强度。

析出强化则是通过合金元素在钢中形成细小的析出物，阻碍位错运动，提高钢的强度和韧性。

细晶强化则是通过控制热处理工艺，使晶粒细化，提高钢的强度和韧性。

四、研究方法与实验结果本研究采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段，对珠光体基X70管线钢的微观组织结构进行研究。

同时，通过拉伸实验、冲击实验等方法，对其力学性能进行测试。

实验结果表明，通过优化热处理工艺和合金元素配比，可以有效地提高珠光体基X70管线钢的强度和韧性。

●应用与开发太钢X70级管线钢研制王育田,张彦睿,薛文广,吴晓丹,边育秀(太原钢铁集团公司技术中心,太原030003)摘　要:介绍了太原钢铁集团公司2250热连轧生产线投产后X70级管线钢的生产情况,对新机组生产工艺及X70级管线钢的性能进行了较为详细的介绍。

太钢X70级管线钢各项性能数据表明,已完全掌握了针状铁素体管线钢成分设计和轧制工艺参数,已具备生产高钢级管线钢的能力。

关键词:X70级管线钢;微合金化;力学性能中图分类号:TG113.25　文献标志码:A 文章编号:1001-3938(2008)04-0048-030　前　言管道输送是长距离输送石油、天然气最经济、最合理的运输方式。

高强度管线钢可以降低管线工程的建设投资、运输以及焊接费用。

随着输气量的不断增大,输气压力的不断提高,要求管线钢的壁厚越来越大。

提高管线钢钢级是减小管壁厚度、节约钢材、降低管道建设成本的有效途径,高钢级、大直径已成为管线建设总的发展趋势。

太原钢铁集团公司(以下简称太钢)从1997年开始生产石油天然气管线用热轧钢板,可按照G B /T 14164—2005、G B /T 9711—1999、AP I SPEC 5L 标准生产钢级为B 及X42～X80级管线钢,用于制造螺旋埋弧焊管(SS AW )、直缝埋弧焊管(JCOE 或UOE 成型)和ERW 焊管。

2006年以前,由于受1549热连轧生产线设备能力限制,太钢只能轧制X42～X65级铁素体-珠光体钢或少珠光体管线钢。

2006年9月,太原钢铁集团2250热连轧生产线投产后,为高钢级、厚规格针状铁素体X70和X80级管线钢的生产打下了基础。

本文主要介绍新生产线投产后太钢X70级管线钢热轧卷板的开发应用情况。

1　X70级管线钢成分设计近年来,管线钢的成分设计是一个不断降低碳含量的过程,当钢中碳质量分数低于0.06%时,钢的韧性、焊接性、成型性将大幅度提升。

为保证X70级管线钢的焊接性及低温韧性,太钢X70级管线钢采用低碳、高Mn -Nb -Mo 合金系设计。

内蒙古科技大学内蒙古科技大学冶金综合实验报告题目：X70钢的成分设计以及表面组织结构观察学院：材料与冶金学院专业：冶金工程姓名：陈鹏班级：2011-1班学号：1161102129指导教师：闫永旺X70钢的成分设计以及表面组织结构观察2.实验目的：通过本综合实验，使学生掌握如下知识：（1）通过计算得出X70钢的各个成分；（2）通过对X70钢的打磨处理观察X70钢晶相组织；（3）加深学生对钢组织的认识。

3.实验原理：X70管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、高韧性管线钢，不仅具有良好的低温韧性，而且具有良好的焊接性。

其多以低碳或超低碳针状铁素体为组织特征，使之具有高强度、高韧性和良好的焊接性能，请示具有高的韧性止裂性能。

X70管线钢采取低碳-锰（Mn）铁为基础，再适量添加其他的合金元素冶炼而成。

4.实验器材：砂轮切割机、砂轮粗磨机、金相砂纸、机械抛光机、金相显微镜的。

5.1 计算X70钢的加工需要加入各种合金元素的量；5.2 试样制备5.2.1 试样选择试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法,检验的目的,技术条件.5.2.2 试样尺寸试样尺以磨面面积小于400mm2,高度15-20mm为宜.5.2.3 试样截取用砂轮切割机截取,注意避免截取方法对组织的影响,如变形、过热等,可在切割时采取预防措施,如水冷等.5.2.4 试样清洗试样表面若沾有油渍、污物或锈斑,可用合适溶剂清除.任何妨碍以后基体金属腐蚀的镀膜金属应在抛光之前除去.5.3 试样研磨5.3.1 磨平用砂轮把试样磨平5.3.2 磨光用砂纸轻轻研磨试样，直至试样表面光亮，无划痕。

5.3.3抛光抛去试样上的磨痕以达镜面,且无磨制缺陷.抛光方法可采用机械抛光、电解抛光、化学抛光、显微研磨等.5.4 试样的浸蚀化学试剂与试样表面起化学溶解或电化学溶解的过程,以显示金属的显微组织.5.5 显微组织观察5.6 显微照相6.数据记录与处理：成分表（%）Mn C Si S P Fe 铸铁0.004 0.002 0.003 0.005 0.006 99.8 低碳锰铁88.5 0.2 1.5 0.02 0.2高碳锰铁78.5 8.0 2.0 0.03 0.256硅铁——75.17 0.004 0.014石墨—99.99 ———X70 1.53 0.05 0.2 0.001 0.009吸收比90% 80% 90% 99% 99%计算过程：加入低碳锰铁量=1.53%=1.9209%M=1.53%M=1.9209%M×0.2%×80%=0.0031%M=1.9209%M×1.5%×90%=0.0259%M=1.9209%M×0.02%×99%=0.0004%M=1.9209%M×0.2%×99%=0.0031%M加入石墨的量=(0.05−0.02)%−0.0031%99.99%×80%=0.0562%=0.0562%M×99.99%×80%=0.0449%M加入硅铁的量=(0.2−0.03)%−0.00259%75.17%×90%=0.2529%=0.2529%M×75.17%×90%=0.1711%M=0.2529%M×0.004%×99%=0.00001%M=0.2529%M×0.014%×99%=0.00004%M加入纯铁的量=(100−1.9209−0.0562−0.02529)%M=97.7701%M=97.7701%M×0.004%×90%=0.0035%M=97.7701%M×0.002%×80%=0.0018%M=97.7701%M×0.0003%×90%=0.0026%M=97.7701%M×0.0005%×99%=0.0044%M=97.7701%M×0.0006%×99%=0.0053%M总量Mn=1.5335%MC=0.0498%MSi=0.1996%MS=0.0048%MP=0.0091%M7.组织结构图：表面组织结构显微图：图 1图 28.结论：以前的实验都是从某一方面入手，单独的进行学习。

第4卷第4期材　料　与　冶　金　学　报Vol 14No 14　收稿日期:2005204221.　作者简介:贾志鑫(1974-),男,辽宁本溪人,博士研究生,高级工程师;杜林秀(1962-),男,辽宁本溪人,东北大学教授;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师.2005年12月Journal ofMaterials and MetallurgyDec 12005本钢X70管线钢的组织与性能贾志鑫1,2,衣海龙1,曲　鹏2,杜林秀1,王国栋1(11东北大学　轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004;21本溪钢铁(集团)有限责任公司,辽宁本溪117000)摘　要:介绍了本钢开发研制的X70管线钢化学成分和生产工艺特点,并对其组织性能进行了分析.结果表明,本钢X70管线钢具有高强度、高抗动态撕裂能力、高低温冲击韧性以及低韧脆转变温度.其优良的性能得益于内部具有与细小析出相交互作用的高密度位错的超低碳针状铁素体组织.目前已形成批量生产能力.关键词:X70;管线钢;针状铁素体;高强度;高韧性中图分类号:TG 1151213 文献标识码:A 文章编号:167126620(2005)0420304204M i crostructures and m echan i ca l properti es of X70p i peli n e steel of BXSteelJ I A Zhi 2xin1,2,YI Hai 2l ong 1,QU Peng 2,DU L in 2xiu 1,WANG Guo 2dong1(11State Key Lab of Rolling and Aut omati on,Northeastern University,Shenyang 110004,China;21Benxi Ir on and Steel Gr oup Company,Benxi 117000,China )Abstract:The chem ical compositi on and p r oducti on p r ocess of a X70p i peline steel devel oped by BXSteel were intr oduced,and the m icr ostructure and mechanical p r operties of the steel were analyzed .The results indicate that the X70p i peline steelwith acicular ferrite m icr ostructure has high strength,high t oughness,l ow transiti on temperature and high dynam ic tear 2resistance .The excellent p r operties of the steel benefit fr om the ultra 2l ow carbon acicular ferrite which consists of very fine p reci p itated particles and high -density disl ocati ons .The ability f or the batch p r ocess of the steel has been attained in BXSteel .Key words:X70;p i peline;acicular ferrite;high strength;high t oughness 管道运输是长距离输送石油、天然气的重要方式之一.为提高输送效率,降低成本,管道运输正向大口径、高压输送方向发展[1,2].在高压、大口径输送条件下,采用高强度等级的钢材更为合理,同时对制管用钢材的强度、韧性和焊接性提出了更加严格的要求.目前X70管线钢已成为国际石油、天然气长输管线用钢中使用量最多的钢级.西气东输管线工程贯穿中国东西,全长4000km ,采用口径为1016mm 的焊管,输气工作压力为10MPa .X70管线钢由于具有高韧性、高止裂能力而被西气东输工程所采纳.本溪钢铁(集团)有限责任公司(简称本钢)针对西气东输管线用钢的具体要求,进行了针状铁素体型X70管线钢的成分、工艺研究和设计,试制成功并批量生产出满足西气东输管线工程要求的针状铁素体型X70管线钢板卷.该产品已应用于西气东输冀宁联络线管线工程.1　管线钢化学成分和生产工艺特点 近代管线钢的发展是不断降低碳含量的过程,碳含量的降低既有助于提高钢的韧性,又可显著地改善钢的焊接性能.对需要更高韧性的管线钢则采用碳w [C ]<0106%的超低碳贝氏体或针状铁素体的碳含量设计.铌是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一,对晶粒细化的作用十分明显.通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体回复、再结晶,经控轧控冷使精轧阶段非再结晶区轧制的形变奥氏体组织再相变时转变为细小的相变产物,使钢具有高强度和高韧性.钒具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用,钒通过析出强化来提高钢的强度.钛是强固N的元素,在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的Ti N析出相,这种细小的Ti N粒子可有效地阻碍板坯再加热时的奥氏体晶粒长大,改善焊接性能.钼是扩大奥氏体区元素,是推迟先共析铁素体形成、促进针状铁素体形成的主要元素,对控制相变组织起重要作用,通过相变强化钢的强度.针对西气东输管线工程用钢的具体要求,本钢开发研制的X70管线用板卷采用了超低碳含量、超低硫、Nb、V、Ti微合金化和控制组织的Mo 合金化的成分设计,具体成分如表1所示.X70管线用板卷的基本生产工艺流程为:(DS)铁水预处理→(LD)顶底复吹转炉→(RH)真空精炼+ (LF)钢包精炼→(CC)板坯连铸→板坯加热炉→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→性能检验→入库→出厂.入炉铁水S质量分数控制在≤01003%以下最低可将铁水中w[S]含量脱至010007%.转炉冶炼采用精料废钢、活性石灰,减少吹炼过程中回硫量;采用全过程底吹氩模式,防止钢液面裸露吸气和二次氧化;挡渣出钢、控制钢包带渣量、保证钢包净空高度.在炉外精炼进行脱碳、脱氧、脱硫、钙处理、合金化、成分调整及钢水温度调整,w [S]最低可达到010005%.板坯连铸采用合理的保护渣、二次冷却工艺保证板坯内部及表面质量.炼钢工艺采用超低碳、超低硫、夹杂物形态控制的纯净钢冶炼技术;热轧工艺采用了控轧控冷的形变热处理技术,严格控制轧制温度、道次变形量和冷却速度.通过合理的成分和工艺进行最终产品的组织控制,获得具有高强度高韧性的针状铁素体组织.表1　本钢X70管线钢化学成分(质量分数)Tab l e1　C hem i ca l com po s iti o n o f X70p i p e li nes te e l de ve l o p e d by BXS tee l%C Si M n P S其他元素≤0105≤0130110～116≤0101≤01001Nb,V,Ti,Mo2　管线钢的显微组织与性能 图1为厚度1416mm×1550mmX70管线钢板卷的金相组织,可以看到组织为典型的针状铁素体.与传统铁素体+珠光体组织相比,不存在对管线钢性能有影响的珠光体带状组织.珠光体组织为退化珠光体,铁素体晶界不平直,呈明显的不规则形变特征,且可以看到铁素体内部存在形变带,在针状铁素体上分布着M-A组织,在光学显微镜下为黑色小点或亮灰色圆点.图2为在透射电镜下所观察到的退化的珠光体和针状铁素体基体上分布的M2A组织.图1　本钢X70管线钢的金相组织F i g11　The m i c r o struc tu re o f X70p i p e li nestee l deve l o p ed by BXS tee l 图3为针状铁素体及析出物的透射电镜照片,可以看到呈片型针状形态的针状铁素体精细结构,其中含高密度的位错结构;正是这些高位错密度的针状铁素体组织状态能够满足对高强度、高韧性的要求.碳是管线钢的主要固溶强化元素,随着钢中含碳量的降低,致氢开裂(H I C)敏感性减弱,但同时由于所研究的钢种含Mn量比较高,可以起到固溶强化作用,弥补低碳所造成的强度下降.同时从显微组织上看,针状铁素体组织结构比较均匀,晶粒细小.结合透射电镜照片可以看出,微合金碳氮化物的析出、高密度缠结和被钉扎位错可起到强烈的氢陷阱作用,为氢的重新分布提供了众多的位置,有助于避免在局部区域产生很高的氢富集,从而削弱氢在钢中的作用而不易引起H I C.表2为本钢X70管线钢力学性能的检验结果,可以看到,X70管线钢除了具有较高的强度之外,还具有较高的延伸率、适当的屈强比、更高的503第4期 贾志鑫等:本钢X70管线钢的组织与性能低温Char py 冲击韧性,低的Charpy 韧脆转变温度和更低的横向DW TT 冲击韧脆转变温度.经中石油辽阳钢管厂、华油钢管公司制管,各项性能指标均满足西气东输螺旋焊管技术要求,并通过中石油西安管材研究所的性能评定.图2　退化珠光体和M 2A 组织F ig 12　The m i c r o s truc tu re o f de ge ne ra ti ve p ea rlite (a )a nd M 2A m o r p ho l o gy (b )图3　析出物及针状铁素体透射电镜照片F i g 13　TE M i m age s show i ng p rec i p ita ti o n (a ),d is l o ca ti o n s i n ac i cu l a r fe rrite (b )and m o r p ho l o gy o f a c i cu l a r fe rrite (c ) H I C 是输气管道主要失效模式之一,随着输送压力的不断增高,国内外对高级别管线钢有严格的抗H I C 性能要求[3,4].本钢生产的针状铁素体X70管线钢经过中科院金属所、中石油管材所检验,具有良好的抗H I C 性能,可以满足酸性环境条件下的抗H I C 需要.表3为本钢X70管线钢H I C 试验结果.表2　本钢X70管线钢的力学性能Tab l e 2　M e cha n i ca l p r op e rti e s o f X70p i p e li ne s te e l de ve l o p ed by BXS tee lσt 015/M Paσb /MPaδ50σt 015/σbAk /J (-20℃)DW TT/%(-15℃)HV10板卷540650380183310100210管体535660370181300100206603材料与冶金学报 第4卷表3　本钢X70管线钢H I C试验结果Tab l e3　The re su lts o f H I C o f X70p i p e li ne s te e l de ve l o p ed by BXS tee l%裂纹敏感率(CSR)裂纹长度率(CLR)裂纹厚度率(CTR)标准值≤2≤15≤5实测值010001101180103 本钢试制的针状铁素体X70管线钢具有高强度、高韧性,1416mm×1550mm、1213mm×1450mm规格产品先后通过中石油管材所的性能评定.2004年5月份通过了西气东输管道公司的小批量生产检验,生产的1213mm×1450mm针状铁素体X70管线经华油钢管公司、中石油管道局钢管厂制管,力学性能合格率达到100%,用其制造的Ф711输气管线焊管已应用于西气东输冀宁管线工程,产品性能满足西气东输标准要求.3　结　论(1)本钢生产的针状铁素体X70管线钢具有低的碳、硫含量,符合现代针状铁素体管线钢的成分设计要求.氢致开裂试验表明具有优良的抗H I C水平,可以满足酸性环境条件下的抗H I C 要求.(2)金相组织为典型的针状铁素体组织类型的管线钢,晶粒尺寸较细小;精细结构特征表现为存在具有非常细微的亚结构和高位错密度的非平行针状片条和类等轴晶,在高密度的位错网络上分布着一些细小的微合金碳氮化物.(3)通过成分、工艺的合理控制获得了晶粒尺寸细小的低碳、低硫和微合金的针状铁素体,使钢具有高强度、高韧性、低的韧脆转变温度、高的断裂韧性指标和较优良的抗H I C水平.(4)本钢生产的X70管线钢已应用于西气东输工程,产品质量满足工程的要求.参考文献:[1]王义康.高压输气管线材料和相关问题[J].焊管,2000,23(3):89.[2]王义康.对高压输气管线用钢需求和展望[A].全国低合金钢工作会议汇编[C].北京:冶金工业部,1997.10.[3]赵明纯,单以银,李玉梅,等.显微组织对管线钢硫化氢应力腐蚀开裂的影响[J].金属学报,2001,37(10):1087. [4]王义康,单以银,杨柯.高压输送管线用钢[J].焊管,2002,25(1):1.703第4期 贾志鑫等:本钢X70管线钢的组织与性能。

《珠光体基X70管线钢强韧化机理研究》篇一一、引言随着能源需求的不断增长，管线钢作为石油、天然气等能源运输的重要材料，其性能和质量对于保障能源安全和高效运输至关重要。

珠光体基X70管线钢以其优异的强度和韧性，在油气管道建设中得到了广泛应用。

然而，其强韧化机理尚未完全明确，因此，对珠光体基X70管线钢的强韧化机理进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、珠光体基X70管线钢的组成与结构珠光体基X70管线钢是一种低合金高强度钢，主要由铁、碳、锰、硅等元素组成。

其组织结构以珠光体为主，同时含有一定量的铁素体、贝氏体等其他相。

这些相的分布和比例对钢的力学性能具有重要影响。

三、强韧化机理研究1. 显微组织对强韧性的影响珠光体基X70管线钢的显微组织对其强韧性具有重要影响。

研究表明，合理的显微组织能够提高钢的强度和韧性。

通过控制冷却速度、热处理工艺等手段，可以调整钢的显微组织，从而优化其力学性能。

2. 合金元素的作用合金元素在珠光体基X70管线钢中起到重要作用。

锰、硅等元素能够提高钢的强度，同时降低韧性损失。

此外，合金元素还能改善钢的耐腐蚀性和焊接性。

通过合理配置合金元素，可以进一步提高珠光体基X70管线钢的强韧性。

3. 强化机制珠光体基X70管线钢的强化机制主要包括固溶强化、沉淀强化和位错强化等。

固溶强化通过溶解合金元素提高基体的强度；沉淀强化则通过析出细小弥散的金属间化合物，提高材料的强度；位错强化则通过引入大量位错，提高材料的塑性变形抗力。

这些强化机制共同作用，使得珠光体基X70管线钢具有优异的强韧性。

四、实验方法与结果分析为了深入研究珠光体基X70管线钢的强韧化机理，我们采用了金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段，对钢的显微组织、相分布、位错密度等进行观察和分析。

同时，我们还进行了力学性能测试，包括拉伸试验、冲击试验等，以评估钢的强度和韧性。

结果表明，合理的显微组织、适当的合金元素配置以及多种强化机制的共同作用，使得珠光体基X70管线钢具有优异的强韧性。