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微合金化在正火態(tài)管線用無縫鋼管X52N中的應(yīng)用
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時(shí)間：2015-11-23
微合金化的應(yīng)用對鋼的品種開發(fā)、生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品（如船板、管線鋼）等有重要作用。同時(shí)，由于無縫鋼管的軋管過程與板材成型過程差異較大，因此其鋼種設(shè)計(jì)及工藝與板材存在較大差異，對微合金化在N系列正火態(tài)管線用無縫鋼管產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行研究具有實(shí)際意義。
集輸管線在油氣田日常的開采作業(yè)中有重要的作用，按其使用環(huán)境可分為陸上集輸管線和海底集輸管線兩類，所用管材按制造方式也可分為無縫鋼管和焊接鋼管。其中，管線用無縫鋼管根據(jù)交貨狀態(tài)可分為N系列（控軋態(tài)和正火態(tài)交貨）及Q系列（調(diào)質(zhì)態(tài)交貨）。N系列產(chǎn)品具有生產(chǎn)流程相對簡單，焊接區(qū)域組織性能較母材差異小等優(yōu)點(diǎn)，通常在X60及以下鋼級中大多采用N系列產(chǎn)品。
在鋼中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約低于0.1%，但對鋼的性能和微觀組織有顯著或特殊影響的合金元素，被稱為微合金元素；Nb、V、Ti是鋼中最為重要的微合金元素；在鋼中添加微量的Nb、V、Ti，可保證鋼在碳當(dāng)量較低的情況下，通過其碳、氮化物質(zhì)點(diǎn)（尺寸小于5nm）的彌散析出及Nb、V、Ti的固溶，細(xì)化晶粒，極大地提高鋼的強(qiáng)度和韌性，使鋼具有良好的力學(xué)性能及可焊性。因此，微合金化的應(yīng)用對鋼的品種開發(fā)、生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品（如船板、管線鋼）等有重要作用。同時(shí)，由于無縫鋼管的軋管過程與板材成型過程差異較大，因此其鋼種設(shè)計(jì)及工藝與板材存在較大差異，對微合金化在N系列正火態(tài)管線用無縫鋼管產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行研究具有實(shí)際意義。
目前，國際上關(guān)于管線用無縫鋼管最為通用的標(biāo)準(zhǔn)為API Spec 5L-2012《管線鋼管規(guī)范》，其對典型鋼級（X52N）正火態(tài)交貨管線用無縫鋼管的化學(xué)成分、力學(xué)性能要求分別見表1和表2.
表1 X52N鋼級正火態(tài)管線用無縫鋼管的化學(xué)成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）?????????????
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鋼級正火態(tài)管線用無縫鋼管的力學(xué)性能要求
管體
|
焊縫抗拉強(qiáng)度/MPa
|
|||
屈服強(qiáng)度Rt0.5/MPa
|
抗拉強(qiáng)度Rm/MPa
|
最大屈強(qiáng)比
|
伸長率A/%
|
|
360～530
|
460～760
|
0.93
|
按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算
|
≥460
|
?
試驗(yàn)鋼種采用50kg真空感應(yīng)爐冶煉，鍛造成120mm厚方錠后，采用模擬鋼管穿孔-連軋-定徑3道次變形的熱軋工藝，軋成20mm厚板坯，將板坯分段后，進(jìn)行正火熱處理，并對軋態(tài)及正火態(tài)的性能進(jìn)行檢測。試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）微合金元素Nb、V、Ti的加入，可以有效細(xì)化晶粒和產(chǎn)生析出強(qiáng)化效果，其中V的析出強(qiáng)化效果最為明顯，Nb對軋態(tài)組織的細(xì)化效果最佳，Ti由于容易形成大顆粒析出物，對沖擊韌性有可能產(chǎn)生影響。
（2）提高氮元素含量可有效提高V的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化效果，降低碳含量可有效提高沖擊韌性，但同等碳當(dāng)量下強(qiáng)度會有一定程度的降低。
（3）采用微合金鋼種生產(chǎn)正火態(tài)管線用無縫鋼管，相比添加其他合金元素，有強(qiáng)韌性較高、碳當(dāng)量較低、焊接區(qū)域性能更佳等優(yōu)點(diǎn)。
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