校园饮水机,校园直饮水,校园饮水台,校园管道饮水系统

校园饮水机,校园直饮水

校园饮水台,校园管道饮水系统
当前位置: 校园饮水机 > 管线机 >

冷却速度对PFB管线钢组织和性能的影响

时间:2017-04-22 09:46来源:淳亭雨落 作者:廊坊小马 点击:
为了探究冷却速度对低碳PF/B高级别管线钢组织性能的影响规律。通过热力学分析计算,研究了化学成分对组织性能的影响规律和过冷奥氏体连续冷却转变规律。研究表明:优化后的成分

为了探究冷却速度对低碳PF/B高级别管线钢组织性能的影响规律。通过热力学分析计算,研究了化学成分对组织性能的影响规律和过冷奥氏体连续冷却转变规律。研究表明:优化后的成分为C0.06, Si0.2, Mn1.85, Nb0.04, Ni0.33, Cr0.4, Mo0.15, P≤0.01,S≤0.002;当冷速低于1℃/s时P相变受到抑制,冷却速度增加到3℃/s时,开始形成B组织;当冷却速度超过20℃/s时,组织主要为PF/B+M+少量RA,试验钢部分力学性能达到和超过API SPEC 5L-45th标准中X90性能水平。本文可为低碳PF/B高级别管线钢研究提供一种新的方法和思路,为生产和研究低碳PF-B高级别管线钢提供了理论和实际指导。

近几年高级别石油管线钢研究及开发一直处于研究的热点和难点。X65及以下级别管线钢技术各大钢企已经基本掌握;X70以上级别管线钢考虑其可焊接性能,一般采用低碳Cr-Mo低焊接裂纹敏感性成分体系;部分国内钢企和科研机构如南钢、宝钢、东大和北科大等单位,进行了“低C高Nb”高级别管线钢开发,该技术利用Nb显著扩大γ未再结晶区采用细晶强化技术,充分利用现有轧制设备和冶炼技术基础实现高级别管线钢开发。研究低碳成分体系PF/B组织类型的高级别管线钢具备重要理论和实际意义。本文以API SPEC 5成分体系为基础,通过热力学计算分析化学成分和工艺参数,对组织含量和力学性能的影响规律,从而探明其最佳的成分体系。研究冷却速度对低碳PF-B高级别管线钢组织性能的影响规律,确定合理的的工艺参数。本研究为研究低碳PF/B高级别管线钢提供一种新方法和思路,为生产和研究该类型钢种提供理论和实际指导。

1 试验材料与方法

试样材料成分采用API SPEC 5L-45th成分标准,其初始设定质量百分数(wt%)为0.03-0.10C, 0.1-0.40Si, 0.6-1.9Mn, P≤0.02, S≤0.01, Nb+V+Ti≤0.15,Cu/Ni/Cr/Mo≤0.5,其余为Fe。成分设计采用

在设定其余成分变量在合理估值情况下,单变量轮换梯度变化关键合金含量,得出在常用冷却速度20℃∕s时化学成分和对组织含量和力学性能的影响规律,从而确定出最佳的成分体系。根据设计得出的优化成分体系为基础,将试验钢加热到到850℃保温充分奥氏体化,然后以0.01-100℃/s冷却到室温20℃,研究连续冷却工艺情况下冷却速度对组织和性能的影响规律。

2试验结果及讨论

2.1 合金含量对钢组织和性能的影响


从图1可得出,碳含量的增加,铁素体和贝氏体变化比较明显(图1.a),屈服强度和抗拉强度均在明显提高(图1.b),考虑强度和焊接性能的要求,碳含量为0.06%最合适;铬含量的增加(图1.c-d),贝氏体含量变化明显,含量每增加0.1%,屈服强度提高约68MPa,抗拉强度提高约88MPa,铬含量0.4%为佳;镍含量每增加0.1%(图1.e-f),屈服和抗拉强度约提高27MPa,选择镍含量为0.33%最合适。钼含量的增加到0.2%以后(图1.g-h),屈服强度达623MPa抗拉强度达867MPa,考虑到对组织和强度的要求,以及经济因素的影响,选择钼含量为0.15%最为合适。综上所述,经过优化设计的化学成分如表1所示。


2.2试验钢的连续冷却转变规律

试验钢连续冷却转变曲线如图2所示,冷速为0.01℃/s时,过冷奥氏体转变组织为大量的铁素体(F)和少量的珠光体(P)组织, 冷速为0.1℃/s时,珠光体略有增加,进一步提高冷速至1℃/s,铁素体含量进一步增加,珠光体相变受到抑制,冷却速度进一步增加到3℃/s时,相变驱动力进一步增加,开始形成贝氏体组织,当冷却速度达到10℃/s


图2.试验钢的奥氏体连续冷却转变曲线

Fig. 2 The austenite continuous cooling transformation curve of research steel

组织主要为针状铁素体贝氏体组织。当冷却速度超过20℃/s时,发生马氏体相变,组织主要为针状铁素体贝氏体组织(PF/B)、马氏体(M)和少量残余奥氏体(RA)。从图2中中可以看出冷速可作为影响贝氏体转变时形态变化的主要原因之一[13]。当冷速较小时,相变温度基本相同的情况下,延长碳的扩散时间,使碳进行远程扩散,抑制了渗碳体的析出[14],随着冷速的增加,相变时间的缩短将同时减少了碳的扩散距离及铁素体的长大时间,反映在最终组织中就是形成了针状铁素体状贝氏体[15]。当冷却速度进一步增加,碳原子扩散受到抑制,过冷奥氏体以切变方式进行组织转变,最终出现马氏体。

2.3冷却速度对组织性能的影响

冷却速度对组织性能的影响由图3所示,随着冷却速度的加快,铁素体逐渐减少(图3.a),当冷却速度降低到40℃∕s以后,铁素体逐渐趋于平稳,最后减少为0;随着冷却速度的加快,贝氏体先增加后减少,增加速度明显要比减少速度快,当冷却速度达到20℃∕s时,贝氏体的含量最多;随着冷却速度的加快,马氏体逐渐增多,最后趋于平缓;随着


冷却速度的加快,珠光体和奥氏体不变,均为0。随着冷却速度的加快(图3.b),屈服强度先增加后趋于不变,当冷却速度小于20℃∕s时,屈服强度增加的很快,冷却速度每增加1℃∕s,屈服强度就增加16MPa;当冷却速度大于20℃∕s时,屈服强度增加的很慢,冷却速度每增加1℃∕s,屈服强度就增加0.6MPa;随着冷却速度的加快,抗拉强度先增加后趋于不变,当冷却速度小于20℃∕s时,抗拉强度增加的很快,冷却速度每增加1℃∕s,抗拉强度就增加19MPa;当冷却速度大于20℃∕s时,抗拉强度增加的很慢,冷却速度每增加1℃∕s,抗拉强度就增加0.7MPa。由图3(c)可以得出, 随着冷却速度的提高,相变驱动力增加,铁素体转变受到抑制,出现低温转变组织铁素体贝氏体(PF/B),冷却速度从10℃∕s增加到20℃∕s时,相变开始转变温度从690℃下降到646℃。在ACC层流冷却时可采用加速冷却到相变开始温度,然后进行第二阶段控制冷却,以调控内部组织得到适合力学性能匹配,实现柔性化生产多规格高级别管线钢。

3结论

经过热力学分析计算试验钢优化设计后成分为C0.06, Si0.2, Mn1.85, Nb0.04, Ni0.33, Cr0.4, Mo0.15, P≤0.01,S≤0.002,其余为Fe;冷速为0.01℃/s时,组织为大量的F和少量P组织, 冷速为0.1℃/s时,珠光体略有增加,进一步提高冷速至1℃/s,F含量进一步增加,P相变受到抑制,冷却速度进一步增加到3℃/s时,开始形成B组织,冷却速度达到10℃/s组织主要为PF/B。当冷却速度超过20℃/s时,出现M,组织主要为PF/B、M和少量RA;在冷却速度为20℃/s试验钢力学性能达到和超过API SPEC 5L-45th标准中X90性能水平。

申明:本文已获刘教授允许发布,感谢刘教授孜孜不倦的求索为咱热处理同行做贡献。


先别走扫一扫加小编为好友







本文关键词:管线钢 热处理
------分隔线----------------------------
栏目列表
推荐内容