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X100级管线钢及其焊接性严春妍1, 李午申1, 冯灵芝1, 薛振奎2, 白世武2, 刘方明2(1.天津大学材料科学与工程学院,天津 300072;2.中国石油天然气管道科学研究院,河北廊坊 065000)摘 要:针对高压长距离油气输送管线的发展带来的对高强度钢管的巨大需求,论述了X100级管线钢的研究发展状况、冶金学设计原理、力学性能,以及现场焊接性等问题。
指出X100级管线钢的生产需要综合应用超纯净冶炼、控轧控冷工艺以及合理的合金设计等多方面的先进技术和措施。
X100级管线钢具有优良的力学性能,下屈服强度可达690MPa以上。
采用合适的焊接工艺,可获得较好的现场焊接性和强韧性良好的焊接接头,X100级管线钢的生产以及材料标准的制定等问题还有待进一步的研究。
关键词:X100级管线钢;组织结构;延性止裂;环缝焊接;焊接性中图分类号:TE973.3 文献标识码:A 文章编号:0253-360X(2007)10-105-04严春妍0 序 言随着天然气的需求在全球范围内持续增长,天然气供应以及现有输送系统使得天然气市场呈现供不应求的现状,如何实现经济有效的天然气长距离输送已成为现今全球经济大环境中的重要一环。
为了提高其输送效率、降低铺设管线费用,高钢级管线钢将成为今后长距离输气管线铺设的主要用钢。
从高钢级管线钢的开发使用上来看,近十年来,制钢业积极致力于X80级及以上高钢级高强管线钢的研制,日本新日铁等公司已成功开发出X100级的高强度钢管。
为了满足强度、低温韧性以及直缝焊接性和现场焊接性等多方面的要求,X100级管线钢的设计有必要超越先前的设计理念。
文中介绍了具有优良低温强韧平衡特性的管材的冶金学设计理念,并阐述了管材力学性能和X100级管线钢的现场焊接性。
1 研发概况对于X100级管线钢,目前国外几大钢管生产厂家均采用低碳高锰的纯净钢,结合微钛处理,在炼钢和轧钢工艺过程中通过Nb,M o,B和Ni等合金元素的固溶强化、沉淀强化、细晶强化等作用,得到具备高强度高韧性以及良好焊接性的管线钢。
回火热处理对X100管线钢组织和冲击断裂行为的影响黄少文，周平，霍孝新( 莱芜钢铁集团有限公司技术中心, 山东莱芜271104)摘要：通过SEM，TEM，EBSD和-60~20℃示波冲击实验研究了450℃回火对X100管线钢显微组织和冲击断裂行为的影响。
结果表明：随着实验温度降低，TMCP钢的冲击裂纹形成能(E1)和韧性扩展能(E2)变化较小，(P m-P f)值变化不大；回火后，钢的冲击功逐渐降低，韧性断裂扩展能(E2)、脆性断裂扩展能(E3)、(P m-P f)值和(P a/P m)值逐渐降低，脆性断裂趋势逐渐增大，脆性断裂止裂性能逐渐变差。
回火后，最大冲击载荷(P m)和裂纹形成能(E1)均降低。
随实验温度降低，最大冲击载荷(P m)逐渐增大，而E1变化不大。
组织分析表明，TMCP钢的组织为板条贝氏体(LB)、针状铁素体(AF)，粒状贝氏体(GB)和M/A组元，原奥氏体晶粒被晶内和晶界处的亚结构分割细化，LB板条间存在细小片状M/A组元。
回火后，亚结构密度降低，AF晶粒粗化，LB结构弱化，平行排列的M/A组元消失，大角度晶界比例由42.1%下降至32.7%。
关键词：X100管线钢，回火热处理，冲击断裂，裂纹扩展，微观组织中图分类号：文献标识码：Influence of heat treatment process on microstructure and impactfracture behavior of X100 Pipeline SteelHUANG Shao-wen, ZHOU Ping, HUO Xiao-xin(Technical Center, Laiwu Steel Group, Laiwu 271100, Shandong, China)Abstract: Effect of 450℃tempering on microstructure and the impact fracture process have been investigated by means of SEM, TEM, EBSD and -60~20℃instrumented impact test. Experimental results show that with the reducing of the test temperature, the TMCP steel’s crack formation energy (E1), ductility fracture propagating energy (E2) and maximum impact load (P m)-brittle fracture load (P f ) change little, while the tempering steel’s E2, brittle fracture energy (E3), (P m-P f) and P a/P m decrease significantly, brittle fracture tendency increases gradually, brittle fracture arrest properties become worse. P m and E1 reduced after tempering. Both the TMCP steel and TMCP+tempering steel’s P m increase with the test temperature lower, but their E1 change little.The SEM, TEM and EBSD results indicate that the microstructure of TMCP steel consist of lath-like bainite (LB), acicular ferrite (AF), granular baintie (GB), and martensite/austenite constituents (M/A). Prior austenitic grains were refined by the sub-regions’division, between the LB laths exist fine M/A constituents, AF grain coarsene, LB structure weaken and the parallel arrangement of M/A dissolved, high angle grain boundary (HAGB) decrease from 42.1% (TMCP steel) to 32.7% (TMCP+ tempering steel) after tempering.Key words: X100 pipeline steel; tempering treatment; impact fracture; crack propagation; microstructure1 前言随着世界石油、天然气工业的发展，长距离输送管线正朝着大口径、大壁厚和高钢级方向发展，高强韧性、良好止裂性能及良好焊接性的低碳贝氏体管线钢成为发展趋势。
X100管线钢在预应变中的脆化彭涛;程时遐;吉玲康;张骁勇;高惠临【摘要】管线钢的脆化是管道安全的一个突出问题.针对管道工程的要求,采用材料显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在预应变中的脆化规律进行了研究,为X100管线钢管的工程施工和安全服役提供试验依据.结果表明:随着预应变量的增大,强度和硬度增加,伸长率和韧性下降,使试验钢X100产生脆化.预应变形成的机理是管线钢位错亚结构的变化.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P1-3)【关键词】X100管线钢;预应变;脆化【作者】彭涛;程时遐;吉玲康;张骁勇;高惠临【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;中国石油天然气集团公司石油管工程技术研究院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TG1420 引言预应变脆化是材料经受一定塑性变形后而产生强度和硬度升高、塑性和韧性下降的一种现象。
预应变是油气输送钢管在制造、施工和服役过程中普遍存在的特殊问题，近年来在管道材料和管道工程领域倍受关注。
钢管预应变形成的方式主要有：钢管制造过程中的成型应变；冷弯管制造过程中的冷作应变；钢管服役过程中因地层移动等外力作用的诱发应变。
有关预应变对管线钢的脆化影响，近年来已引起人们的注意，而对超高强度管线钢预应变的脆化规律研究不多。
X100是国内外新近开发的一种超高强度管线钢的典型钢种，将应用在西气东输三线和西气东输四线等重要管道工程中。
为了深入了解预应变对X100组织-性能的影响，结合管道工程要求，研究了X100管线钢在不同预应变条件下的脆化特征以及组织与性能的变化规律，从而为X100管线钢管的工程施工和安全服役提供试验依据。
钢管焊接弯头开裂失效分析（温乐鹏）[摘要]利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱仪等方法对开裂铜管焊接弯头进行失效分析，发现该铜管焊接弯头久置于腐蚀性介质中，当在腐蚀坑处应力集中，便产生了开裂失效。
同时，还发现该工件在弯制时易形成微裂纹。
关键词：铜管弯头，腐蚀，开裂失效分析.ANALYSE ON THE CRACKS OF THE BRASS-PIPE-ELBOW（ｗｅｎｌｅｐｅｎｇ）[Abstract]By means of using optical-microscope, SEM and EDS etc on analyze the crack of brass-pipe-cross, we found the reason of the failure.It had been eroded when it dip in corrosive-medium. And when the stress concentrate on the eroded holes ,there are cracks by fatigue .As well we found little cracks on the cross of the new section.Key words: brass-pipe-elbow, eroding, cracks.1.引言有一铜管焊接弯头配件，埋于地下约10mm深处，使用约两年以后，发现该弯头R角处出现开裂漏水现象。
但是这样的铜管造成开裂的可能性有许多种，譬如：铜管弯头材料中有较多夹杂物使得在弯制时导致开裂；环境腐蚀性强使铜管弯头受腐蚀后引起腐蚀开裂；安装不当，水流通过时的微震动引起疲劳导致开裂等。
为了查明本工件开裂的原因，我们采用光学金相、扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）等多种方法，针对具体材料及其工作环境作全面分析，从而防止以后故障的发生。
2.检验及分析2.1 宏观断口分析经肉眼和低倍放大镜仔细观察已锯下的漏水弯头，发现弯头焊接管表面存在残余水泥痕迹，铜管表面颜色呈暗铜色，漏水部位处于弯头的R角，在R角位置存在一条长约24mm的裂缝，在裂缝上有一个菱形孔，菱形孔底部有一个较新的铜亮点，在裂纹周围有一些不规则的凹坑。
X100/X120管线钢焊缝性能要求近几年来，随着天然气需求量不断增长，我国石油天然气管道工程也发展迅速，带动了管线钢产量的大幅提高。
降低长距离天然气输送管线的建设成本显得越来越重要，使用高钢级、较小直径、中等壁厚的钢管可以降低施工成本，压缩造价，降低材料成本。
20世纪90年代中期，我国管线钢年产量仅为30万t，到2009年已提高到700万t，与此同时，从管线钢的品质特性来看，我国已从20世纪80～90年代初期的铁素体-珠光体微合金管线钢发展到目前的针状铁素体管线钢，完成了第一代产品到第二代产品的转变。
随着X80强度级别管线钢的批量生产以及X100、X120管线钢的试制成功，我国已具备了X52至X120管线钢的生产能力[1]。
0 高强度管线钢的研发目前管线钢的应用范围越来越广泛，发展速度越来越快，上世纪70年代出现的控轧、控制冷却的工艺代替了冶金行业传统的热轧、正火工艺，在合金元素的成分设计方面，通过Nb的添加，制造出了X60钢；通过Nb、V的微合金化，生产出了X70钢；而X80钢是采用低碳，Nb、Ti合金化，通过控轧及加速冷却的工艺研制出来的（对于δ≥25㎜的钢板，必须添加Mo）；而X100则是在控制轧制及加速冷却的条件下，通过Mn-Nb-Ti合金化及添加Mo的情况下试制出来的高强高韧性的管线钢[4]。
通过微合金化技术和控制轧制与控制冷却技术工艺的发展，使管线钢的性能指标向高强度高韧性方面发展。
高强度级别管线钢，一般指X80、X100、X120等。
由于随着钢的强度级别的提高，在同样输气量的情况下，管材壁厚可以减小，从而可以节省用钢量。
因此，可减少管线建设的投资费用，通常管材费用占管线投资的25%～30%[4]。
1 X100/X120管线钢的化学成分、性能和组织1.1 X100/X120管线钢的化学成分2006年国内某钢厂研制的X100钢板的主要化学成分[3]，为了便于对比，列出宝钢生产的X120管线钢板的主要化学成分和碳当量。
第四章 弹塑性断裂力学线弹性断裂力学把裂纹体看成理想的线弹性体，利用线弹性理论基础和方法，使其理论和实验技术迅速发展，已经在脆性断裂、疲劳等方面得到应用。
但其仍有一定局限性。
由于裂尖附近应力集中，必出现塑性区，若塑性区比裂纹尺寸小得多，属小范围屈服情况，可认为塑性区对弹性应力场影响不大。
那么应力强度因子（或经修正）可用于表征裂尖附近应力场强度，并建立相应裂纹失稳扩展准则。
但对于很多金属结构，裂尖附近会发生大范围屈服，塑性区与裂纹尺寸同数量级。
此时线弹性断裂力学无法解决这类问题，需要弹塑性断裂力学来研究。
弹塑性断裂力学分为静止裂纹和缓慢扩展的裂纹两个方面。
重点介绍静止裂纹问题。
线弹性断裂力学 ：● 脆性材料或高强度钢所发生的脆性断裂● 小范围屈服：塑性区的尺寸远小于裂纹尺寸弹塑性断裂力学◆ 大范围屈服:端部的塑性区尺寸接近或超过裂纹尺寸，如：中低强度钢制成的构件．◆ 全面屈服：材料处于全面屈服阶段，如：压力容器的接管部位.弹塑性断裂力学的任务：在大范围屈服下，确定能定量描述裂纹尖端区域弹塑性应力，应变场强度的参量．以便利用理论建立起这些参量与裂纹几何特性、外加载荷之间的关系，通过试验来测定它们，并最后建立便于工程应用的断裂准则。
主要包括COD 理论和J 积分理论.§4.1 小范围屈服条件下的COD一、COD 模型COD-Crack-tip Opening Displacement 或CTOD----裂纹张开位移。
裂纹体受载后，裂纹尖端附近的塑性区导致裂纹尖端表面张开——裂纹张开位移：表达材料抵抗延性断裂能力1965年Wells 。
δ定义有多种。
C δδ=， C δ——临界COD ，材料常数。
C δδ<安全，C δδ>开裂COD 准则的优点：工程适应性强，且COD 易测量，各国都有COD 测量标准。
缺点：COD 定义不确切，且所用D －M 模型与实际有差别。
由于裂纹可以继续扩展后才开裂，COD 准则偏保守。
对X100管线钢的材料分析报告X100级管线钢的现实意义近年来，随着我国对石油、天然气等能源的需求进一步增大，并且伴随最近铁矿石价格的飞涨，导致管钢成本的提高.为了减少输送成本，同时又不损失石油天然气的输送量，开发X100等级的高钢级管线钢成为一种必然。
XI0。
管线钢的应用具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线成本节约5%〜12%（据加拿大的统计分析表明，管线钢每提高一个钢级可减少建设成本7%）,主要体现在节约材料、提高输送压力、减小施工量、降低维护费用、优化整体方案等方面，为节省管线工程的建设投资、降低运输费用，采用高强度等级的管线钢更加经济合理.随着国内一系列管道建设工程的展开，X100的高强度、高韧性带来的成本优势将促使其大规模生产应用。
目前，世界石油管道的建设正朝着长距离、大口径、高输送压力发展，为减少建设和维护成本，高钢级管线钢的开发应用已成为国内外管道用钢的研究热点.X10ca管线钢的发展及现状从近些年的发展历史来看，较早时候日本、德国的管线钢制造商与一些石油公司合作，进行高强度等级的X100和X120管线钢的开发试制.在20世纪80年代中期，X100级管线钢已完成了试验，但那时尚无实际应用的需求；1995年，几家石油和天然气公司开始设计X100级管线钢材料.欧洲自1995年开始进行X100钢管的开发试制，采用TMCP工艺，到2002年已生产了数百吨壁厚12.7〜25.4mm的X100管线钢..2002年TCPL在加拿大建成了一条管径1219mm壁厚14.3mmX100钢级的1km试验段.但是从材料设计的角度来讲，X100的研究尚不成熟，组织与性能的关系有待于进一步分析，以便为国内的X100的开发和设计奠定良好基础.从其管线钢的材料及级别来看，其发展可分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代年以前，是以C-MriW为主的普通碳钢，强度级别为X52以下。
第二阶段为20世纪50年代到70年代，在C-M 怖W基础上引入微量锂和铝，通过相应的热轧及轧后处理等工艺，提高了钢材的综合性能，生产出X6RX65级钢板。
X100和X80管线钢组织与冲击性能分析董俊明;毛秋英;毕宗岳;黄晓辉【摘要】通过对X100和X80管线钢横截面试样进行OM， SEM， TEM和EBSD观察，研究了X100和X80管线钢的显微组织和冲击韧性，并采用EBSD技术获得材料的有效晶粒尺寸和晶界取向角，得出有效晶粒尺寸和大角度晶界比例是影响管线钢冲击韧性的重要因素。
对冲击断口中出现的分层裂纹进行了研究，得出BF带、 M/A带和原奥氏体晶界破裂促使管线钢产生分层裂纹。
%In this paper, through observing cross-section specimen of X100 and X80 pipeline steel by OM, SEM, TEM methods, the microstructure and impact toughness of X100 and X80 pipeline steel were studied, adopting EBSD technology to obtain the effective grain size of material and grain boundary orientation angle, it is concluded that the effective grain size and large angle grain boundary ratio are the important factors influencing the impact toughness of pipeline steel. It also studied the lamination cracks appeared in impact fracture, it is concluded that the BF zone, M/A zone and the rupture of original austenite grain boundary promote lamination cracks to appear in pipeline steel.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】6页(P16-21)【关键词】管线钢;显微组织;冲击韧性;有效晶粒尺寸;分层裂纹【作者】董俊明;毛秋英;毕宗岳;黄晓辉【作者单位】西安交通大学材料科学与工程学院，西安 710049;西安交通大学材料科学与工程学院，西安 710049;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院，陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院，陕西宝鸡 721008【正文语种】中文【中图分类】TG142.110 前言随着人类对石油和天然气需求的不断增加，能源的开采逐渐延伸到极地、深海等环境恶劣地区，要求管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性[1]。
高强度X100管线钢自动焊接技术研究邓贺鑫【摘要】为了获得X100高强度管线钢管环焊缝焊接接头的各项性能,在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢管环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性(CTOD)和抗氢致开裂(HIC)等进行了试验分析.结果表明,X100高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接.%In order to obtain the various properties of X100 high strength pipeline steel pipe circumferential weld welding joint,based on analyzing the chemical composition and mechanical properties,the tensile strength,low temperature impacttoughness,hardness,CTOD and HIC of welding joints were analyzed onX100 pipeline steel combined with the selected welding process.The results indicated that X100 high strength pipeline steel possesses good weldability,the various properties indicators of welding joint meet the requirement of pipeline safe operation,and the selection of welding material,welding method and the process parameters can be used for the welding on site.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】6页(P9-14)【关键词】焊管;X100管线钢;CRC全自动焊;焊接工艺;力学性能【作者】邓贺鑫【作者单位】中铁十八局集团建筑安装工程有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TG457.11Abstract:In order to obtain the various properties of X100 high strength pipeline steel pipe circumferential weld welding joint,based on analyzing the chemical composition and mechanical properties,the tensile strength,low temperature impact toughness,hardness,CTOD and HIC of welding joints were analyzed on X100 pipeline steel combined with the selected welding process.The results indicated that X100 high strength pipeline steel possesses good weldability,the various properties indicators of welding joint meet the requirement of pipeline safe operation,and the selection of welding material,welding method and the process parameters can be used for the welding on site.Key words:welded pipe;X100 pipeline steel;CRC automatic welding;welding process;mechanical properties随着经济的迅速发展，能源需求日益增加。
