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无缝钢管钝化Ni-Cr-Mo-B
编辑:无缝钢管 来源:www.sdqyst.com 点击数: 更新时间:2019年05月06 【字体:

无缝钢管钝化Ni-Cr-Mo-B

厚度一般都超过120mm,无缝钢管钝化Ni-Cr-Mo-B无缝钢管钝化是一种高强度高韧性海洋工程用钢板。已广泛应用于海上采油平台[1-4]。对于此类无缝钢管钝化,淬火过程中需要通过表面传热,厚度方向的心部平均冷速只能达到几度每秒,且随着厚度的增加显著降低[5],Ni、Cr、Mo等合金含量很高的情况下仍然极易形成对韧性有害的粒状贝氏体,这种粒状贝氏体中的M/A岛由于C和合金元素含量非常高,稳定性较好,即使采用高温回火也无法使其完全分解,无法获得理想的韧性水平。因此,获得良好的心部性能是这类无缝钢管钝化研制的关键和难点问题。合金元素含量范围和轧制工艺等因素确定的前提下,适宜的热处理工艺是获得工程应用所需的良好综合力学性能的重要手段[5-6]。对于利用微硼处理来提高淬透性的这类无缝钢管钝化,钢板的热处理过程影响着B在钢中的固溶与偏聚行为,进而影响无缝钢管钝化的淬透性及心部性能[7-10]。研究表明[11-13],淬火过程中,B在钢中的偏聚属于非平衡偏聚。根据非平衡偏聚的特性,


不同的淬火工艺(如淬火温度、保温时间以及循环淬火)会显著影响B对淬透性的作用[7-10]。因此,本文通过研究不同淬火工艺来提高120mm以上Ni-Cr-Mo-B无缝钢管钝化的综合力学性能,重点研究了淬火温度、淬火保温时间以及两次循环淬火处理对无缝钢管钝化心部性能的影响,取得了理想效果。1试验材料及方法本试验以工业试制生产的120mm以上无缝钢管钝化为研究对象,其主要化学成分如表1所示。从表中可见,试验钢在经电炉冶炼、LF+VD精炼等冶炼工艺后,S、P等杂质元素含量水平很低。q345d无缝方管钢中的合金元素对奥氏体化临界点Ac3的影响可以近似如下式表达[14]:度分别选为860、890、920、950、980℃。通过AN-SYS模拟试验无缝钢管钝化冷却过程得到心部平均冷速约为1℃/s,而实验室实测空冷的平均冷速约为0.85℃/s,两者冷速相近,因此本研究采用空冷来模拟无缝钢管钝化心部的实际冷却过程。试验从试制无缝钢管钝化心部取样(拉伸样:18mm×18mm×220mm,冲击样:13mm×13mm×175mm)然后采用空冷来模拟无缝钢管钝化心部的实际淬火冷却过程,各淬火试样均在620℃回火,然后空冷(AC)900、920℃下,分别保温1、3和10h,对比研究不同保温时间下无缝钢管钝化的综合力学性能。此外,采用不同的2次淬火温度配合来研究2次淬火工艺对无缝钢管钝化心部性能的影响(见表2)经不同热处理后的试样,按照国家标准GB/T228—2002和GB229—2007要求,进行室温拉伸和-40℃夏比(V型)冲击试验;并对不同热处理工艺下的试样进行光学显微组织观察(OM)和扫描观察(SEM)2试验结果与分析2.1奥氏体化温度的影响模拟试验无缝钢管钝化心部力学性能如图1所示,从结果看,随着淬火温度的升高,抗拉强度、屈服强度和低温冲击功先升高,然后降低;890℃左右达到最高值,高于或低于这个临界温度,强度和韧性都有所降低,尤其是韧性变化较为明显。这是由于无缝钢管钝化厚度较大,其心部的冷速较低,慢冷情况下,容易形成粒状贝氏体,影响该位置的强度和韧性。而且对于粒状贝氏体,由于含有大量M/A岛,屈强比(YR)一般较低,试验钢的显微组织观察结果也证实了这一点。由图1可见,随奥氏体化温度的升高,屈强比先升后降,890℃左右达到峰值。从屈强比的提高可间接判断,该温度条件下,形成的粒状贝氏体数量比其他温度少,淬透性相对好于其他温度,因此强韧性相对较好。2.2奥氏体化保温时间的影响为了研究奥氏体化保温时间对无缝钢管钝化性能的影响,本文主要模拟研究了无缝钢管钝化心部在900和920℃时,不同奥氏体化保温时间下的力学性能,如图2所示。从结果可见,对于钢板心部,屈服强度随保温时间延长的变化呈现先升高后下降2个阶段,并在3h处出现峰值。900℃时,屈服强度增幅约40MPa,920℃时,屈服强度增幅约35MPa,且900℃时的屈服强度高于920℃时的屈服强度。随保温时间延长,钢板心部低温韧性显著提高900℃时,保温3h的低温韧性比1h增加了约10J而保温10h和1h相当。920℃时,保温3h的冲击功是1h的2.5倍,增加了约43J;而保温10h比1h增加了约26J。其原因在于,一定奥氏体温度下,适当延长保温时间,合金元素溶解得更充分,提高了过冷奥氏体的稳定性[14],使得试验钢具有更高的淬透性,从而使得其心部在冷速很慢的情况下也能得到更多的淬透组织。但是保温时间太长,B在晶界的固溶偏聚过量,将恶化试验钢的淬透性,从而导致心部性能变差。2.3循环淬火的影响不同循环淬火温度配合下的模拟心部性能如图3所示,从图中可以得出,无论一次淬火温度为1000、940还是920℃,二次淬火温度在900℃时,试验钢模拟心部的强度及韧性都是最优。二次淬火温度为900℃时,随着一次淬火温度的升高,屈服强度和冲击韧性都有所降低,其中韧性降低尤为明显。从强度角度看,经920和900℃两次淬火后的屈服强度和900℃一次淬火后的屈服强度相当;从韧性角度看,经920和900℃两次淬火后的冲击功明显高于其他处理温度的冲击功,呈现出最优值。综合比较可得,一次淬火温度选为920℃、二次淬火温度选为900℃时,能获得最优的心部强韧性能。

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