微合金化在正火态管线用无缝钢管中的应用
发布时间:2015-11-23 09:10
作者:互联网
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集输管线在油气田日常的开采
作业中有重要的作用,按其使用环境可分为陆上集输管线和海底集输管线两类,所用
管材按制造方式也可分为无缝
钢管和
焊接钢管。其中,管线用无缝钢管根据交货状态可分为N系列(控轧态和
正火态交货)及Q系列(
调质态交货)。N系列
产品具有
生产流程相对简单,焊接区域组织性能较母材差异小等优点,通常在X60及以下钢级中大多采用N系列产品。在钢中,质量分数约低于0.1%,但对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的
合金元素,被称为微合
金元素;Nb、V、Ti是钢中最为重要的微合金元素;在钢中添加微量的Nb、V、Ti,可
保证钢在
碳当量较低的情况下,通过其碳、
氮化物质点(尺寸小于5nm)的弥散析出及Nb、V、Ti的
固溶,细化晶粒,极大地提高钢的
强度和
韧性,使钢具有良好的力学性能及可焊性。因此,微
合金化的应用对钢的
品种开发、生产高质量、高
附加值产品(如
船板、
管线钢)等有重要作用。同时,由于无缝钢管的轧管过程与
板材成型过程差异较大,因此其钢种设计及
工艺与板材存在较大差异,对微合金化在N系列正火态管线用无缝钢管产品的应用进行研究具有实际意义。目前,国际上关于管线用无缝钢管最为通用的
标准为
API Spec 5L-2012《管线钢管规
范》,其对典
型钢级(X52N)正火态交货管线用无缝钢管的化学成分、力学性能要求分别见表1和表2.表1 X52N钢级正火态管线用无缝钢管的化学成分要求(质量分数,%)
C | Si | Mn | P | S | V | Nb | Ti |
0.24 | 0.45 | 1.40 | 0.025 | 0.015 | 0.10 | 0.05 | 0.04 |
Cu | Cr | Ni | Mo | B | CEⅡW | CEPCm | |
≤0.50 | ≤0.30 | ≤0.30 | ≤0.15 | ≤0.001 | 0.43 | 0.25 | |
表2 X52N钢级正火态管线用无缝钢管的力学性能要求
管体 | 焊缝抗拉强度/MPa |
屈服强度Rt0.5/MPa | 抗拉强度Rm/MPa | 最大屈强比 | 伸长率A/% |
360~530 | 460~760 | 0.93 | 按标准进行计算 | ≥460 |
试验钢种采用50kg真空
感应炉冶炼,
锻造成120mm厚方锭后,采用
模拟钢管
穿孔-连轧-定径3道次变形的
热轧工艺,轧成20mm厚
板坯,将板坯分段后,进行正火
热处理,并对轧态及正火态的性能进行检测。试验结果表明:(1)微合金元素Nb、V、Ti的加入,可以有效细化晶粒和产生析出强化效果,其中V的析出强化效果最为明显,Nb对轧态组织的细化效果最佳,Ti由于容易形成大颗粒析出物,
对冲击韧性有可能产生影响。(2)提高氮元素含量可有效提高V的析出强化和细晶强化效果,降
低碳含量可有效提高冲击韧性,但同等碳当量下强度会有一定程度的降低。(3)采用微
合金钢种生产正火态管线用无缝钢管,
相比添加其他合金元素,有强韧性较高、碳当量较低、焊接区域性能更佳等优点。(余冶)
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