第ｌ２卷第１期 辽宁科技学院学报 Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．１ ２０１０年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｒ． ２０１０ 文章编号：１００８—３７２３（２０１０）０１—００１１—０３ 高韧性厚规格Ｘ８０管线钢组织与ｔＩ：生能 吴清明，陈奇明，夏政海，曹波，熊祥江 （华菱湘潭钢铁集团有限公司科技开发中心，湖南湘潭４１１１０１） 摘要：通过低碳微合金设计，ＬＦ＋ＶＤ复合精炼，控轧控冷等技术，开发了高韧性厚规格Ｘ８０管线钢。检测了Ｘ８０管线钢 钢板及直缝埋弧焊管的力学性能，结合金相对微观组织进行检测。结果表明，开发的Ｘ８０管线钢屈服强度均达到６００ＭＰａ以 上，屈强比小于Ｏ．９３，具有优异的低温韧性，韧脆转变温度低于一６Ｏ℃。直缝埋弧焊管管体组织较均匀致密。金相组织为Ｂ粒 （贝氏体颗粒）＋ＰＦ（多边形铁素体）＋Ｐ（珠光体），粒度达１２级，夹杂物均控制在１．Ｏ级以内。 关键词：Ｘ８０管线钢；直缝埋弧焊管；控轧控冷；力学性能 中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ 管道运输是长距离输送石油天然气安全经济的输送途 在钢板、管体处取夏比Ｖ型缺口冲击试样样坯，靠近钢 径之一” 。高强度、高韧性和优良焊接性能的高等级管线钢 管外表面加工成１０ｍｍ×１０ｒａｍ×５５ｒａｍ的冲击试样，Ｖ型缺 已经成为发展趋势 。国内、国际市场对高强度高韧性的管 口垂直于钢板、钢管表面。试验按ＡＳＴＭ Ｅ２３—２００５进行。 线钢的需求增长迅速，预计今后１０—１５年内，我国共需各类 ２．１．３落锤撕裂试验 油气输送干线用钢管约１０００×１０４ｔ Ｊ。国内钢铁企业纷纷 在管体上取纵向、横向Ｄｗ ，试样尺寸为３００ｍｍ ｘ 投巨资进行高等级管线钢的开发和生产 。湘钢自２００７年 ７５ｍｍ×原壁厚，缺口型式为标准压制Ｖ型缺口，试验按 ９月开发了Ｘ８０管线钢，参照西气东输二线天然气管道工程 ＡＰＩ ＲＰ ５Ｌ３进行。 和ＡＰＩ５Ｌ直缝埋弧焊管技术条件进行设计、生产及检验。成 ２．２金相分析 分采用低碳微合金设计，采用ＴＭＣＰ工艺进行轧制，通过对 在管体纵向上取样加工全壁厚金相试样，进行金相检 冶炼和轧制工艺各环节进行设计和控制，生产了２２ｍｍ厚规 验。晶粒度等级按文献 中“技术条件４”附录Ｒ评定，非金 格Ｘ８０管线钢板，制成￣１０１６ｍｍ直缝埋弧焊管，并检测了 属夹杂物按ＡＳＴＭ ＦＡ５ Ａ方法进行评定，带状组织按文献 钢板和钢管的性能以验证其实物质量。 ［５］中“技术条件４”附录Ｑ进行评定。 １ 生产工艺流程和化学成分设计 ３实验结果与分析 工艺流程为：铁水预处理一转炉冶炼一ＬＦ炉一ＶＤ一连 ３．１拉伸性能 铸一铸坯检查一加热一除鳞一控制轧制一控制冷却。 拉伸试验结果见表２。由表２可见，Ｘ８０的钢板最低屈 为了保证材料的强度、韧性和显微组织要求，采用低碳、 服强度和抗拉强度分别达到６０１ＭＰａ和７００ＭＰａ以上，焊接 微合金Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ复合设计，成分如表１所示。 管体最低屈服强度和抗拉强度分别达到６２３ＭＰａ和７３２ＭＰａ 表１ Ｘ８０管线钢的化学成分（质量分数） 以上，满足西气东输二线钢板ＡＰＩ ＳＰＥＣ ５Ｌ标准要求（屈服 Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｎｂ，Ｖ，Ｙｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ Ｃｅｑ Ｐｅｍ 强度＞￣５６０ＭＰａ，抗拉强度６６０ＭＰａ）。但是应该看到板卷的 纵向强度略低于横向强度，表现出含Ｎｂ控轧钢特有的强度 ０．０５５ ０．２８ １．７５ ０．００８０．００１ 适量０．４３ ０．１９ 各向异性，而焊管的纵向强度依然略低于横向强度，是由钢 ２性能测试 板遗传而来的。试验用Ｘ８０钢的延伸率在横向和纵向相差 ２．１力学性能测试 不大，在３９％～４ｌ％之问。 检验样品包括按同一钢板、同一钢管头尾两部分。试验 管体头尾强度性能比较：头部抗拉强度和屈服强度均较 项目分别为拉伸、冲击、落锤撕裂。 尾部高，主要为在ＡＣＣ加速冷却过程中头尾温度不均匀造 ２．１．１拉伸性能试验 成。管体横向和纵向强度性能比较：横向采用圆棒样试验， 分别在钢板、管体上取钢板纵向、钢板横向、管体纵向、 屈服强度较矩形样上升十分明显，主要由于制管过程加工硬 管体横向拉伸试样。钢板拉伸试样为矩形试样、管体拉伸试 化、包辛格效应及轧后显微组织造成；从纵向屈服强度亦可 样形式包括矩形试样和圆棒试样两种。试验标准为 看出，纵向则没有明显上升。 ＡＳＴＭ Ａ３７０。 圆棒样和矩形样伸长率比较：圆棒样伸长率远较矩形样 ２．１．２夏比冲击试验 小，主要受试验标距不一致影响。圆棒样和矩形样屈强比比 较：矩形样屈强比较低，能够轻易达到技术要求，但圆棒横向 收稿日期：２００９—１２—１８ 样很高，主要是屈服强度上升较大所致。 作者简介：吴清明（１９７６一），男，湖南常德人，华菱湘潭钢铁 集团有限公司工程师． １２ 辽宁科技学院学报 第ｌ２卷 表２拉伸试验结果 ３．２冲击韧性 围内，管体纵向平均断口剪切面积为１００％，管体横向为 表３为规定温度（一１０ ）下夏比冲击试验结果，表４为 ９３％一１００％，表明研制的Ｘ８０管线钢的冲击韧性优异。 系列温度夏比冲击试验结果。由表３可见，一１０￣Ｃ时，钢板 表３夏比冲击试验结果（一１０￣Ｃ） 横向冲击功在３１８Ｊ以上，断口剪切面积为１００％，管体横向 冲击功在３２８Ｊ以上，断口剪切面积在９９％以上。 由表４可见。在一６０—２Ｏ℃温度范围内，试验用Ｘ８０管 线钢的冲击功对温度的变化幅度很小，管体横纵向都在３２０Ｊ 以上。管体横纵向平均冲击功差值较小，最大差值在３０Ｊ以 内，说明其各向异性较小。而且其在一６ｏ℃时冲击功值仍高 达３２７Ｊ，其韧脆转变温度低于一６０＂Ｃ。在一６０—２０℃温度范 表４系列温度夏比冲击试验结果 试验温度／℃ 管体纵向 管体横向 平均冲击功Ａｋｖ／Ｊ 平均断口剪切面积ＳＡ／％ 平均冲击功Ａｋｖ／Ｊ 平均断口剪切面积ＳＡ／％ ２０ ３２３ ｌ００ ３４９ １ｏ０ ０ ３６６ １ｏｏ ３８０ １０ｏ —１０ ３５２ １０ｏ ３７１ １００ —２０ ３６８ １００ ３９５ １００ —４０ ３３３ ｌ０ｏ ３２２ ９５ —６Ｏ ３２７ １ｏｏ ３２９ ９３ ＦＡ＇ＩＴ５０ｃｖＮ ＜一印℃ ＜一６ｏｏＣ ３．３落锤撕裂性能 表５为规定温度下落锤试验结果、表６为管体落锤系列温度试验结果。 表５钢板和管体规定温度下的ＤｗＴｒ试验结果 表６钢管尾部管体系列温度ＤＷ＇ＩＴ试验结果 第ｌ２卷第１期 辽宁科技学院学报 Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．１ ２０１０年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｒ． ２０１０ 落锤撕裂面积主要表征管线钢的止裂韧性，这对管线钢 的安全性至关重要。ＤｗｒＩ’试验由于采用全厚度试样，较夏 比冲击试验能够更准确地预测高压输气管线的断裂行为 】。 能力，为了进一步提高该性能，需要进一步加强研究。 ３．４金相分析 Ｘ８０直缝埋弧焊管管体金相检验结果见表７。管体显微 组织见图１。从表７和图１中可以看出，ＸＳ０直缝埋弧焊管 由表５可知，Ｘ８０钢板横向断口剪切面积在９３％以上，直缝 埋弧焊管管体横向断口剪切面积在９５％以上。由表６可见， 直缝埋弧焊管管体纵向、横向的ＦＡＴｒ８５（Ｄｗｒｒ）分别为 一的金相组织为Ｂ粒（贝氏体颗粒）＋ＰＦ（多边形铁素体）＋Ｐ （珠光体），晶粒度为１２级，组织较均匀致密，晶粒细小均匀。 各类夹杂物均控制在１．０级以内。 ２４℃、一ｌＯ℃，表明该钢具有相对较好的抗低温动态撕裂 表７管体金相检验结果 试样位置及方向 显微组织 晶粒度等级 本｜ 夹杂物级别 带状组织级别 头部 ＡＦ型：Ｂ粒＋ＰＦ＋Ｐ 管体纵向 尾部 ＡＦ型：Ｂ粒＋ＰＦ＋Ｐ １２ Ａ０．５，０．０；Ｂ０．５，０．０ ＣＯ．０，０．０；Ｄ１．０，０．５ Ａ０．５，０．０；Ｂ０．５，０．０ １．０级 ｌ２ ＣＯ．０，０．０；ＤＯ．５，０．５ １．０级 ４结论 （１）通过低碳微合金设计，ＬＦ＋ＶＤ复合精炼，控轧控冷 等技术，成功开发了高韧性厚规格Ｘ８０管线钢。 （２）开发的Ｘ８０管线钢屈服强度达到６００ＭＰａ以上，屈 强比小于０．９３，具有优异的低温韧性，一６０℃一２０ｑＣ温度范 围内，平均冲击功大于３２０Ｊ，韧脆转变温度低于一６０℃。 （３）直缝埋弧焊管组织较均匀致密，管体金相组织为Ｂ 粒（贝氏体颗粒）＋ＰＦ（多边形铁素体）＋Ｐ（珠光体），晶粒粒 图１管体带状组织 度达ｌ２级，各类夹杂物均控制在１．０级以内。 参考文献 ［１］郑瑞，李铁．我国管线钢的生产和发展［Ｊ）．重型机械科技，２００３（４）：４７—５１． ［２］冯耀荣，庄传晶．Ｘ８０级管线钢管工程应用的几个问题［Ｊ］．焊管，２００６，２９（１）：６—７． （３］李鹤林．天然气输送钢管研究与应用中的几个热点问题（Ｊ］．中国机械工程，２００１，１３（１２）：３４９—３５２． ［４］郑磊，傅俊岩．高等级管线钢的发展现状［Ｊ］．钢铁，２００６，４１（１０）：１—１０． ［５］Ｑ／ＳＹ ＧＪＸ ０１０４－－２００７，西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件（ｓ］． ［６］Ｒｕｄｌａｎｄ Ｄ Ｌ，Ｗｉｌｋｏｗｓｋｉ Ｇ Ｍ，Ｆｅｎｇ Ｚ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＴＯＡ ｉｎ ｌｉｎｅｐｉｐｅ ｓｔｅｅｌｓ（Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ。２００３，（７）：５６７—５７７． （上接第１０页） Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ ｔｈｅ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ Ｂａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｓｈａｄｅｄ Ｆｕｒｎａｃｅ ＨＡＮ Ｐｉｎｇ （Ｂｅｒｔｘｉ Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．Ｌｉｄ．Ｂｅｎｘｉ Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｎｉｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄａｅｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａ ｌｏｔ ｆ ｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ— ｃａｌ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｎｅａｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｂａｎｄ；Ａｎｎｅａｌｉｎｇ；Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
