制管工艺及应变时效对X70抗大变形钢管性能的影响

结合中缅天然气管线工程用X70级准1016mm×17.5mm抗大变形直缝埋弧焊管的试制,研究了直缝埋弧焊管制管前后、应变时效前后力学性能变化的一般规律。成型、扩径工艺导致母材发生加工硬化,产生较强的形变强化,使其屈服强度、抗拉强度、屈强比同时增大,使均匀延伸率、应力比降低,且屈服强度、屈强比的增加幅度要大于抗拉强度的增加幅度。应变时效使材料均匀延伸率进一步降低。但是制管和时效后钢管管体各项性能均在X70抗大变形钢管标准要求的范围内,管体纵向应力-应变曲线仍呈圆屋顶形,试制的X70抗大变形钢管具有优异的变形能力。     

我国抗大变形管线管的研制进展

介绍了基于应变设计抗大变形管道的要求、材料设计原理以及我国抗大变形焊管研制的进展情况.采用铁素体+贝氏体双相组织思路研制开发并批量生产了中缅管线X70抗大变形焊管,对板材的组织性能要求及制管前后、时效前后的板-管主要性能变化规律进行了研究,研制的焊管具有优良的性能.在此基础上针对西气东输三线管道进行了X80抗大变形焊管的开发,分析了X80抗大变形材料研制中存在的问题及主要难点,即强度升高对双相组织中硬相比例增加的要求与硬相增加对均匀延伸率不利影响的矛盾,工艺窗口更窄.通过试验确定了双相组织比例要求,并采取了有效措施研制出了性能优良的材料,千吨级试制钢管各项性能指标均达到了西气东输三线X80抗大变形焊管的要求,实现了我国X80厚壁大变形焊管研制的突破.     

螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

研究了API B～X80钢级、管径355.6～1219mm及壁厚6.3～18.4mm螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的一般规律,结合螺旋埋弧焊管制造过程分析了试样展平过程产生的包申格效应对钢管拉伸性能的影响。结果表明:对于X65以下钢级钢管包申格效应明显,即制管后屈服强度下降明显,并且差异值随着强度水平的提高而提高,而对于X70以上钢级钢管,包申格效应不明显,制管后屈服强度下降不大;对于抗拉强度,所试验钢级钢管制管前后基本一致。材料的组织是影响屈服强度变化或包申格效应大小的主要因素。     

JCOE制管与防腐过程对抗大变形钢性能的影响

比较了A,B和C三种抗大变形钢板组织及性能,B和C组织中多边形铁素体含量更高,抗大变形能力较好.JCOE制管中三种钢板加工硬化明显,制管后屈服强度、屈强比显著上升,均匀延伸率、形变强化指数下降.通过热模拟方法研究了钢管防腐中应变时效作用.研究发现,应变时效程度与钢的组织有关,其中以针状铁素体为主的A试样应变时效更显著,...     

X80直缝埋弧焊管制管前后拉伸性能的变化

通过对X80 级?准1 016 mm × 18.4 mm直缝埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的研究,得出了其制管前后拉伸性能变化的一般规律。结合直缝埋弧焊管的制管过程分析认为,成型和扩径是制管前后拉伸性能变化的主要原因。对于X80直缝埋弧焊管,当扩径率为0.8%～1.2%时,既保证了钢管外观尺寸精度,又很好地控制了扩径后钢管的屈服强度和屈强比的上升幅度。扩径工艺后,钢管的屈服强度和抗拉强度都有所增加,且屈服强度的增加幅度要大于抗拉强度的增加幅度。     

基于应变设计的X70直缝埋弧焊管应变硬化能力研究

从A、B两种轧制状态的X70抗大变形钢板制成的钢管中取样,用板状试样测定了拉伸应力-应变曲线,计算了该钢的应变硬化指数n值,研究了时效及两种轧制状态的n值分布规律。结果表明,工艺B状态的钢管时效前n统计均值为0.116 0,时效后n统计均值为0.112 0,下降约3.4%;工艺A状态的钢管时效前n统计均值为0.115 0,时效后n统计均值为0.105 4,下降约8.3%。X70工艺B状态钢管的n值、屈强比及屈服强度呈明显线性关系。0.8%和1.4%扩径率对应钢管的应变硬化指数n值差别不大,但1.4%扩径率对应钢管的均匀延伸率均值下降明显,比0.8%扩径率对应钢管均匀延伸率均值低约2%。     

高温预回火对X80螺旋埋弧焊管性能的影响

为了改善螺旋埋弧焊管生产工艺,摸索出一套可以提高螺旋埋弧焊管综合力学性能的制管工艺,从而在制管过程中进一步提高管线钢的力学性能。通过调整和改变X80螺旋埋弧焊管制造工艺,检测对比不同工艺下X80螺旋埋弧焊管的力学等方面性能,获得最佳的制管工艺。研究发现,在X80螺旋埋弧焊管制管工序前,对卷板进行650℃高温预回火50 min,可提高抗拉强度和屈服强度,并降低屈强比,进一步研究发现,焊后焊缝质量也有所改善,最终X80螺旋埋弧焊管的综合力学性能得到改善。     

宝钢中等壁厚低屈强比X70M管线钢板的研发

为了获得力学性能优良、经济型的中等壁厚X70M管线钢板,采用C-Mn-Cr-Nb-Ti成分设计,利用低温区精轧+DQ工艺生产了中等壁厚X70M管线钢板,并与传统工艺进行了性能对比。结果显示,新工艺生产的管线钢板拉伸曲线呈现类圆弧顶圆滑过渡形态,钢板抗拉强度较高,屈服强度适中,屈强比控制在较低水平。结果说明,开发的新工艺平衡了析出强化与固溶强化分别对屈服强度与抗拉强度的正贡献关系,提升了钢板抗拉强度,扩大了屈服强度与抗拉强度的差值,解决了中等壁厚X70M管线钢板屈强比偏高的难题。     

X80钢制管前后强韧性变化规律研究

针对西气东输二线X80级φ1 219 mm×22 mm直缝埋孤焊管JCOE制造过程,研究了X80钢制管前后拉伸性能、夏比冲击韧性、DWTT性能的变化规律.结果表明,X80钢经JCOE工艺制管后,屈服强度、屈强比有较大幅度的升高,抗拉强度上升不大;夏比冲击功有所降低;DWTT剪切面积变化不大.同时分析了钢板制管后强韧性变化的原因,在此基础上,提出了X80钢板订货技术条件制定的原则,并经西气东输二线钢管的生产检验证明有效.     

管线钢JCOE制管前后力学性能变化分析

研究了X60,X70和X80管线钢JCOE工艺制管前后冲击韧性、硬度及拉伸性能的变化,分析了试样加工形式、显微组织及厚径比对拉伸性能的影响。研究发现,不同钢级管线钢JCOE制管后冲击韧性均有变化,但绝大多数呈下降趋势;JCOE工艺过程产生较大的加工硬化;对于X80钢试样展平带来的包辛格效应导致屈服强度下降约44MPa;具有屈服平台的铁素体-珠光体管线钢较针状铁素体管线钢包辛格效应更大;不同显微组织钢板JCOE制管后伸长率均下降;厚径比越大,屈服强度上升越大。     

大应变管线钢和钢管的关键技术进展及展望

油气管道工程在途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊地质环境时，使用的大应变管线钢和钢管的研制及应用配套技术是国际上研究的热点之一，也是我国重要油气管道工程必须破解的重大难题。为此，围绕大应变管线钢和钢管研发应用中的一系列关键技术难题，通过十余年的联合攻关，取得了多项理论技术创新。主要成果包括：①提出了应用多个不同的应力比、屈强比、均匀延伸率等参数联合表征和评价钢管变形行为的方法，建立了X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管新产品技术指标体系和标准；②研发形成了X70HD/X80HD钢板制造成套技术，获得了兼备低屈强比、高均匀伸长率、高应力比、高强韧性的大应变钢板；③研发形成了X70HD/X80HD JCOE和UOE大应变直缝埋弧焊管制造技术，解决了钢管母材和焊缝性能合理匹配及成型、焊接、扩径、热涂覆过程性能劣化难题；④自主研制了钢管内压+弯曲大变形实物试验装置，研发形成了钢管实物模拟变形试验技术。X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管在西气东输、中缅管道等重大输气管道工程中实现了规模化应用，取得了良好的应用实效。根据复杂地质条件管道建设与长期安全运行的新要求，提出了进一步发展基于应变的管道设计新方法，研发或完善与环焊缝强匹配要求相适应的焊接方法、焊接材料、焊接工艺、环焊缝性能质量及缺陷控制要求等配套技术的建议。     

X70厚壁海底管线钢管研制

根据我国南海深海管线用钢管的技术要求,开发出了厚壁X70钢级φ765.2 mm×31.8 mm海底管线钢管。通过对钢管进行检测:钢管管体纵向和横向屈服强度≥550 MPa,抗拉强度≥660 MPa,屈强比最低达到0.81,焊缝抗拉强度达695 MPa,均匀延伸率达到了7.6%,断后伸长率达到54%;在-20 ℃下管体冲击功平均值为340 J,焊接接头冲击功平均值最低为168 J;在0 ℃下管体CTOD特征值δm最高达到0.688 mm,焊接接头最小为0.222 mm,热影响区最小为0.280 mm。钢管管体母材、热影响区、焊缝部位的抗氢致开裂、硫化物应力腐蚀及盐雾腐蚀性能良好。试验结果表明研制的X70钢管具有优良的强塑性、低温韧性、断裂韧性及耐腐蚀性能,适用于海洋服役环境的油气输送。     

X70M管线钢管高温拉伸性能研究

为了探究管线钢管在高温条件下的强度及塑性,采用X70M管线钢管进行了室温（20 ℃）与高温（300～600 °C）条件下的拉伸试验,用Boltzmann函数对强度折减系数进行了S曲线拟合。试验结果表明:随着温度的升高,X70M管线钢的屈服强度、抗拉强度均呈下降趋势,屈服强度先于抗拉强度出现下降;断后伸长率随着温度升高无明显变化,但当温度升高至600 ℃时明显升高;均匀伸长率随着温度的升高呈下降趋势,应力-应变曲线由圆屋顶型变为更加陡峭的形状,形变强化和抵抗变形的能力随着温度的升高而下降。     

制管用Q345B带钢性能分析

金属材料经过冷加工变形通常使拉伸性能和冲击韧性提高,硬度上升,塑性下降,而焊管在常温下由带钢卷制加工而成,其管体材料比同一炉号同一位置带钢材料的抗拉强度下降50～80 MPa,屈服强度下降约100 MPa,冲击韧性下降60～70 J,塑性提高10%,硬度下降HRB2～ 4。通过金相分析和冷变形状态下金属变形机理分析,带钢微观组织级别一般在3级以上,由带钢加工成钢管,变形量（大约为1%～3%）一般都低于临界变形量,成型后金相带状组织中铁素体变宽,条状珠光体略成断续状,在成型应力作用下,焊管只产生少量位错与位错滑移,不必通过晶粒整体移动,导致管体材料整体变形后强度有明显降低。     

X70M高频焊管胀环试验性能研究

为了准确测量钢管的屈服强度,以Φ323.9 mm×6.4 mm、材质为X70M的高频焊管为例,对钢管防腐前后的板状试样和环形试样分别进行了拉伸试验和胀环试验,并分析对比了试验结果。结果表明,板状试样相对于环形试样的屈服强度出现了较大的波动,其原因是板状拉伸试验在试样展平过程中发生了包申格效应和加工硬化。防腐后钢管的胀环试验结果明显高于防腐前,其原因是防腐涂敷过程中钢管经受时效热处理产生了时效强化作用。另外因焊缝与管体的组织不同,造成胀环试验后两者的变形量明显不同,因此使用胀环试验测量管体的屈服强度不够合理。     

预变形及应变时效对X100管线钢管性能的影响

通过对X100管线钢管在不同预变形量和时效温度下所做的拉伸试验和冲击韧性试验结果的分析,研究了预变形和时效温度对X100管线钢管性能的影响。试验结果表明,预变形明显提高了X100管线钢管的屈服强度、抗拉强度和屈强比,使材料的塑性和冲击韧性明显降低;应变时效对钢管纵向性能影响较为明显,纵向屈服强度、抗拉强度明显升高,而横向屈服强度、抗拉强度变化较小。     

基于应变设计的L485海洋管材开发

为了满足海底管道用高应变钢管的需求,采用基于应变设计方法进行了L485海洋管材的开发。采用低C、Nb、Ti 微合金化成分设计和多边形铁素体+贝氏体的双相组织设计,开发出屈强比≤0.80、均匀延伸率≥12.0%、-20 ℃下平均冲击功＞400 J的31.8mm厚壁L485钢板,并采用此钢板进行了Φ559 mm×31.8 mm规格L485钢管的试制。对试制出的钢管进行了力学性能测试,测试结果显示,钢管的纵向屈服强度为485～585 MPa,抗拉强度为570～700 MPa,屈强比≤0.85,总伸长率≥25%,均匀延伸率≥7%。试制结果表明,钢管的强度、塑性、韧性等均已达到高应变海洋管研制目标要求。同时,针对存在的屈服强度和应变硬化指数偏下限、热影响区软化等问题,需要从钢板成分及性能、钢管成型及焊接工艺等方面进一步优化设计。     

制管预应变对管线钢拉伸性能的影响

分别对X60和X70管线钢的板状试样及X80管线钢棒状试样进行了拉伸试验.结果显示,X65和X70管线钢制成钢管后的横向屈服强度和屈强比均降低,X80管线钢在制成钢管后横向屈服强度和屈强比上升,X70钢管在冷扩径后屈服强度和抗拉强度略有上升;X65卷板拉伸应力一应变曲线中,材料屈服时有明显的屈服平台,屈服平台在制成钢管...