国产X80管线钢的应变时效行为及预防措施.pdf
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1、国产 X80 管线钢的应变时效行为及预防措施 高建忠 1,马秋荣1,2,王长安1,李云龙1,李记科1, 谢勇1 (1.中国石油天然气集团公司管材研究所,陕西西安 710065;2.西安交通大学材料科学与工程学院, 陕 西西安 710049 ) 摘 要:针对管线钢存在的应变时效问题,对国产 X80 管线钢及其直缝埋弧焊管管体进行了不同时效后 的拉伸试验。 研究了国产 X80 管线钢的应变时效行为并分析了预防措施。 结果表明:当时效温度达到 210 时,存在 1预应变的 X80 管线钢和经水压、冷扩径后的直缝埋弧焊管均出现明显的应变时效,前者 屈服强度和屈强比均上升 6,后者屈服强度和屈强比分别上
2、升 9.5和 6.9,且应力应变曲线均 出现明显的屈服平台。 降低制管质量控制过程中的拉伸试样制备温度, 降低防腐前加热温度和缩短加热 时间以及降低管线钢中碳、 氮的含量, 采用双相显微组织并在轧制工艺中用加速冷却后立即在线热处理 等方法均是降低管线钢应变时效的有效措施。 关键词:应变时效; 管线钢; 直缝埋弧焊管; X80 管线钢 中图分类号: TG113.25文献标识码:A文章编号:10003738(2009) BehaviorBehaviorBehaviorBehaviorandandandand PreventivePreventivePreventivePreventive Meas
3、uresMeasuresMeasuresMeasures ofofofof StrainStrainStrainStrainAgingAgingAgingAging ofofofof DomesticDomesticDomesticDomestic X80X80X80X80 LinepipeLinepipeLinepipeLinepipe SteelSteelSteelSteel GAOGAOGAOGAO Jian-zhongJian-zhongJian-zhongJian-zhong1 1 1 1, , , , MAMAMAMAQiu-rongQiu-rongQiu-rongQiu-rong
4、1,2 1,21,21,2, , , ,WANG WANGWANGWANG Chang-anChang-anChang-anChang-an1 1 1 1, , , , LILILILIYun-longYun-longYun-longYun-long1 1 1 1, , , , LILILILI Ji-keJi-keJi-keJi-ke1 1 1 1, , , , XIEXIEXIEXIEYongYongYongYong1 1 1 1 (1. Tubular Goods Research Center of CNPC, Xian 710065, China; 2. Xian Jiaotong
5、University, Xian 710049, China ) AbstractAbstractAbstractAbstract: : : : Aiming at the strain aging effect of linepipe steel, the tensile properties of domestic X80 Grade plate and longitudinal submerged-arc welded pipe body were tested after aging at different temperature. Experimental results show
6、 that the strain aging effect of both plates with 1% pre-strain and UOE pipes after hydrostatic test and cold expansion was significant after aging at 210. The yield strength and yield-to-tensile ratio of specimens from plate increased by 6% and the ones from pipe body increased by 9.5% and 6.9% res
7、pectively. In addition, the stress-strain curves exhibited significant yield plateau other than the original round-house type curves.Tominimize the strain aging effect of high strength linepipe steel, measures such as maintaining low temperature during the process of tensile specimens preparation, c
8、ontrolling temperature and heating time delicately during coating, lowering C and N content in linepipe steel and developing two-phase steel as well as applying on-line heating treatment just after accelerated cooling were suggested to be taken. KeyKeyKeyKey words:words:words:words: strain aging; li
9、nepipe steel; SAWL; X80 0 引 言 管线钢是一种低碳微合金钢, 当经受一定的冷变形后再加热到一定温度时, 会产生应变时效 (Strain Aging) 1。应变时效会造成管线钢的屈服强度和屈强比升高,在拉伸应力应变曲线上出现明显的屈 服平台,即吕德斯线;同时,也对制管控制、钢管现场焊接以及钢管服役性能等造成不利影响2-3。随 着管线钢钢级的不断提高,应变时效对钢管性能的影响越来越显著。因此,为了保证管线钢管力学性能 测试结果的正确性, 确保实际钢管力学性能和管线设计时保持一致, 对管线钢的应变时效行为进行系统 1收稿日期:2008-12-22;修订日期:2009-5-3
10、1 作者简介:高建忠(1970) ,男,河北乐亭人,工程师,博士。 研究,对管线的设计和安全运营具有重要意义。 国外针对高钢级管线钢的应变时效行为进行了较多的研究,主要是在“基于应变的管线设计”的背 景下,研究防腐过程中加热温度对钢管应变时效的影响1,4。研究结果表明,当管线钢存在预应变时, 加热到 200左右即可产生明显的应变时效4-5。 而国内针对钢材应变时效行为的研究主要集中在船板用 钢6、特种钢7以及结构用钢8等方面,针对管线钢的相关研究不多,尤其是对国产高钢级管线钢及其 钢管制品的应变时效行为的深入研究更是报道甚少。因此,作者对目前国内批量应用的 X80 钢级国产 钢板及制成的直缝埋
11、弧焊管的应变时效行为进行了试验研究, 并就应变时效现象的防止、 利用及其表征 进行了探讨。 1试样制备与试验方法 试验材料为 X80 管线钢钢板和制成的直缝埋弧焊管。试验钢板厚度 22mm,宝钢生产。根据订货要 求,在板宽 1/2 取样,切取方向与轧制方向垂直。试验材料钢管与钢板为同一熔炼炉次,公称直径 1219mm,采用 UOE 方式成型。取样位置在距焊缝 180处的管体,方向为横向。对于钢板来说,板状 试样比圆棒试样更能代表包括表面金属的全壁厚钢板整体性能, 而对于钢管管体而言, 圆棒试样则可以 消除板状试样因展平而带来的包申格效应9,因此,钢板取样采用了板状试样,而钢管管体取样采用的 是
12、圆棒试样。板状试样标距内长 50mm,宽 38.1mm,厚度为全壁厚(22mm) 。圆棒试样标距内长 50mm, 直径 12.7mm。试验方法按照 ASTM A370钢铁产品力学性能标准试验方法和定义的规定进行。 钢板取样数量 8 个,编号为 B1B8,其中 6 个采用人工加载方式,使试样预应变量达到 1,其 余 2 个无预应变。钢管试样在制管、水压和扩径后切取,实际扩径率为(0.80.1),造成的管体应变 约为 0.91左右4。试样数量为 6 个,编号为 G1G6。钢板试样和钢管试样进行如表 1 所示温度下的 时效处理,空冷到室温后进行拉伸试验。 表 1 时效处理工艺 TabTabTabTa
13、b. . . . 1 1 1 1AgingAgingAgingAging procedureprocedureprocedureprocedure 试样编号时效温度/ 保温时间/Min 预应变/% B1 20 30 1.0 B2 20 30 1.0 B3 150 30 1.0 B4 150 30 1.0 B5 210 30 1.0 B6 210 30 1.0 B7 20 / 0.0 B8 210 30 0.0 G1 20 / 0.91.0 G2 20 / 0.91.0 G3 150 30 0.91.0 G4 150 30 0.91.0 G5 210 30 0.91.0 G6 210 30 0.
14、91.0 2 试验结果与讨论 2.1 应变时效对拉伸性能的影响 从表 2 可以看出,对于钢板试样,当没有预应变时,未时效试样室温下的屈服强度、抗拉强度和屈 强比分别为 561,752MPa 和 0.75;而加热到 210并时效 30min 后,其屈服强度、抗拉强度和屈强比 分别为 556,750MPa 和 0.74。可见,当不存在预应变的情况下,加热后并不会造成管线钢的应变时效。 当人工预制应变为 1%时,试样的应变时效随温度升高而更为明显,屈服强度平均值从 20的 641MPa 升高到 210的 680MPa,对应的屈强比平均值由 0.84 升高到 0.89,升幅均达到 6,而抗拉强度的变
15、化不明显,说明应变时效对屈服强度和屈强比造成的影响较大。 对于钢管试样而言,在制管过程中管线钢经历了冷弯曲成型、静水压试验以及全长冷扩径,存在预 应变约为 0.91.0%。当温度升高时,也将出现应变时效。从表 2 可以看出,当时效温度从 20升高到 210后,试样的屈服强度平均值从 600MPa 升高到 657MPa,屈强比平均值从 0.87 升高到 0.93,升幅分 别达到 9.5和 6.9。与钢板试样情况类似,抗拉强度的变化不甚明显。 一般认为,应变时效产生的机理是由于管线钢在塑性变形后,材料中的位错脱离钉扎质点而移动, 而在随后的低温加热过程中,钢中的碳、氮、氧等原子被激活并移动到位错上
16、,钉扎位错,造成位错滑 移困难,导致宏观上的屈服强度和屈强比升高1-2。 表 2 不同工艺时效后试样的拉伸试验结果 TabTabTabTab. . . . 2 2 2 2 TensileTensileTensileTensile testtesttesttest resultsresultsresultsresults ofofofof specimensspecimensspecimensspecimens afterafterafterafteragingagingagingaging underunderunderunderdifferentdifferentdifferentdiffe
17、rent temperaturetemperaturetemperaturetemperature 试样 编号 屈服强度/MPa平均值抗拉强度/MPa平均值屈强比平均值 B1635 641 762 763 0.83 0.84 B26477640.85 B3647 652 762 762 0.85 0.86 B46567610.86 B5679 680 763 764 0.89 0.89 B66807640.89 B75615617527520.750.75 B85565567507500.740.74 G1604 600 689 687 0.88 0.87 G25966850.87 G3619
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