一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法技术

本发明专利技术属于热煨弯制技术领域，公开了一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法，利用OM、SEM、EBSD、TEM等方法，结合拉伸、冲击、硬度等实验，不同热处理条件下X90焊缝微观组织与力学性能变化，确定了合适的热煨弯加热方式；析出物尺寸约18.34～70.29nm。X90屈服强度和抗拉强度分别达到748Mpa、847MPa，延伸率为18.5％，屈强比为0.88，‑10℃夏比冲击功平均值为212.7J，平均剪切面积约85％，表现出良好的强韧性。全程局部感应加热方式能提高X90焊接接头韧性，特别是HAZ低温冲击功增加约50J。

Evaluation method of microstructure and properties of X90 by hot bending

【技术实现步骤摘要】
一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法
本专利技术属于热煨弯制
，尤其涉及一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法。
技术介绍
由于全球经济的快速发展，对石油、天然气的需求和依赖会日益增加。据预测，今后10年内，全球总能源的消耗将比现在增加60％左右。为降低能源输送成本，大口径、高强度管线钢的发展显得尤为重要。未来的管道输送，将朝着高强度、厚壁的方向发展；并且，出于油气输送高安全性要求考虑，对管线钢的韧性也提出更高的要求。过去的几十年里，X60，X70，X80管线钢已在世界上得到成熟的应用，并且随着X90-X120第三代超高强度管线钢开发，不仅可以增加管线的输送能力，还能适量的减少管线建设成本。X90与目前正在使用的X80钢级管线钢相比，在更好地保证产品的基础上，降低钢管制造难度，节约钢管采购成本。据计算，在特定的管径和压力下，每提高一个钢级，就可以减少约8％～12％的用钢量。此外，目前的管线钢多由控制轧制技术(TMCP)技术得到，通过TMCP得到的管线钢，可获得良好的强韧性，而高强韧性配合有利于降低管壁厚度、止裂以及外力造成的塑性变形。X80管线钢已在国际上成熟应用，但X90管线钢尚未被系统研究，因此世界上还没有X90管线。由于油气储藏的地理位置特性，在管道建设工程中，要求多段管道服役于地震区、活动断裂带等大位移地区。因此，需要大量的弯管既能根据地形建设要求而改变管道方向，又能缓冲管线所在地域的地层移动、地震以及环境温度变化等附着在管线上的拉、压应力和扭矩作用。随着对管线输送压力要求的提高，对相应钢级弯管的性能也提出更高的要求。目前，国内外弯管的制作工艺主要有冷弯和热煨弯两种方法，对于大口径、厚壁弯管，采用热煨弯制工艺是同时能控制生产成本和保证弯管管型最有效的方法。(热煨弯制过程的在加热和变形的共同作用会削弱通过添加微量合金元素和TMCP技术带来的强化作用，同时外弧侧由于拉伸应力作用成为整个弯管最薄弱的地方)。但是在热煨弯过程中，为了保证弯管质量，并降低成型应力，感应加热温度往往高于其母管的相变温度，使采用先进的控轧控冷技术所获得的高强韧性配合的组织发生显著的改变，从而改变其性能。因此，考虑母管在弯制过程或成型后热处理过程中的微观组织变化以及对最终力学性能的影响变得尤为重要。在西气东输一线建设后期，国内才开始重视大口径、厚壁、高强度弯管的开发研究工作，促进了X70弯管的国产批量化。国内对于X80弯管也进行了系统的研究，包括X80弯管母管化学成分、力学性能以及热弯工艺等。综上所述，现有技术存在的问题是：在热煨弯过程中，为了保证弯管质量，并降低成型应力，感应加热温度往往高于其母管的相变温度，使采用先进的控轧控冷技术所获得的高强韧性配合的组织发生显著的改变，从而改变其性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法。本专利技术是这样实现的，一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法，所述热煨弯制X90的组织与性能的评价方法包括以下步骤：步骤一，在X90管线钢管体纵向方向上利用线切割切取标准试样和厚度为2mm的透射电镜试样；金相试样经过机械研磨抛光后，用4vol％的硝酸酒精进行侵蚀，在LeicaDMIRM光学显微镜和JSM-5900LV扫描电子显微镜下观察，并对X90管线钢母材进行组织观察和分析；透射电子显微镜试样为3mm的薄片，利用75％甲醇+25％硝酸混合溶液作为双喷电解液，进行电解抛光，工作电压为8～10V，温度-30℃；通过JEOL2010TEM在200KV的加速电压下观察X90管线钢微观结构、位错分布、M/A岛和析出物微观形貌及尺度分布；步骤二，制备X90管线钢的标准棒状拉伸试样，拉伸试验在室温下使用SHT4605液压万能试验机进行，通过拉伸试验结果对母材应力-应变曲线、强度、屈强比以及均匀伸长率进行分析；步骤三，测定X90管线钢的硬度值，试验设备为HVS-50显微硬度计；步骤四，制取冲击试样，试样尺寸为55mm×10mm×10mm，V形缺口平行于纵向；测试温度为-10℃，试验设备为JB-500B冲击试验机。进一步，所述步骤二中SHT4605液压万能试验机以3mm/min的十字头速度进行。进一步，所述步骤三中HVS-50显微硬度计，加载力为1Kg，加载时间为10s。进一步，所述步骤四中JB-500B冲击试验机，试样冷却至低于试验温度5℃，测试3个试样，取平均值。本专利技术针对热煨弯制对X90组织与性能的影响，利用OM、SEM、EBSD、TEM等方法，结合拉伸、冲击、硬度等实验，不同热处理条件下X90焊缝微观组织与力学性能变化，确定了合适的热煨弯加热方式；并系统研究了X90管线钢及其热煨弯管弯曲区微观结构与力学性能的关系。结果表明：X90管线钢是由准多边形铁素体(QPF)、针状铁素体(AF)、板条贝氏体(LB)和少量的M/A岛组成的复相结构。通过TEM观察到，LB宽度约200～300nm，AF宽度约300nm，QPF及LB晶粒内存在大量位错和细小弥散分布的圆形或椭圆形NbC析出物，以及位错形成的位错胞，析出物尺寸约18.34～70.29nm。X90屈服强度和抗拉强度分别达到748Mpa、847MPa，延伸率为18.5％，屈强比为0.88，-10℃夏比冲击功平均值为212.7J，平均剪切面积约85％，表现出良好的强韧性。全程局部感应加热方式能提高X90焊接接头韧性，特别是HAZ低温冲击功增加约50J。X90管线钢经过热煨弯制，热煨弯管弯曲区内、外弧侧均由大量的LB和QPF组成，几乎观察不到AF，中性轴位置及直管段由等轴状GB和F组成。通过TEM观察到外弧侧LB尺寸为0.53～1.34μm，且原奥氏体晶界处存在0.35～0.65μm大小的QPF和尖角状M/A；中性轴GB内板条尺寸约0.24～1.04μm。在外弧侧和中性轴存在约15nm弥散分布的NbC析出物。通过力学性能实验发现，热煨弯管弯曲区外弧侧横向和纵向屈服强度分别为703MPa、750MPa，弯曲区其他位置和直管段在横向和纵向屈服强度均在700MPa左右。直管段、弯曲区内弧侧和中性轴位置在-10℃的夏比冲击功平均值均在220J左右，外弧侧的夏比冲击功平均值为153J。冲击韧性随着温度降低而降低，其韧脆转变温度在-20℃～-40℃区间内，力学性能均能满足标准要求。通过对X90热煨弯管EBSD研究发现，热煨弯管弯曲区内、外弧侧和中性轴的大角度晶界占晶界比例分别为18％、21％、17％；低-∑CSLs含量分别为7.8％、13.2％、5.1％；晶粒尺寸分别为1.59μm、1.73μm、1.26μm；平均局部取向差分别为0.57°、0.62°、0.48°；亚结构含量分别为54.2％、36.7％、66.3％；变形晶粒含量分别为41.7％、56.7％、28.6％，外弧侧存在9.5％的{113}<110>织构，造成外弧侧强度上各向异性。结果表明，全程局部感应加热可改善X90管线钢因再次加热引起的焊接接头微观组织和力学性能恶化。热煨弯制后，微观结构发生变化，晶粒尺寸增加，强度下降，中性轴与直管段微观结构和力学性能相似，弯曲区内外弧侧弯曲区外弧侧因存在{113}<110>织构而呈现各向异性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法，其特征在于，所述热煨弯制X90的组织与性能的评价方法包括以下步骤：步骤一，在X90管线钢管体纵向方向上利用线切割切取标准试样和厚度为2mm的透射电镜试样；金相试样经过机械研磨抛光后，用4vol％的硝酸酒精进行侵蚀，在Leica DMIRM光学显微镜和JSM‑5900LV扫描电子显微镜下观察，并对X90管线钢母材进行组织观察和分析；透射电子显微镜试样为3mm的薄片，利用75％甲醇+25％硝酸混合溶液作为双喷电解液，进行电解抛光，工作电压为8～10V，温度‑30℃；通过JEOL2010TEM在200KV的加速电压下观察X90管线钢微观结构、位错分布、M/A岛和析出物微观形貌及尺度分布；步骤二，制备X90管线钢的标准棒状拉伸试样，拉伸试验在室温下使用SHT4605液压万能试验机进行，通过拉伸试验结果对母材应力‑应变曲线、强度、屈强比以及均匀伸长率进行分析；步骤三，测定X90管线钢的硬度值，试验设备为HVS‑50显微硬度计；步骤四，制取冲击试样，试样尺寸为55mm×10mm×10mm，V形缺口平行于纵向；测试温度为‑10℃，试验设备为JB‑500B冲击试验机。...

【技术特征摘要】
1.一种热煨弯制X90的组织与性能的评价方法，其特征在于，所述热煨弯制X90的组织与性能的评价方法包括以下步骤：步骤一，在X90管线钢管体纵向方向上利用线切割切取标准试样和厚度为2mm的透射电镜试样；金相试样经过机械研磨抛光后，用4vol％的硝酸酒精进行侵蚀，在LeicaDMIRM光学显微镜和JSM-5900LV扫描电子显微镜下观察，并对X90管线钢母材进行组织观察和分析；透射电子显微镜试样为3mm的薄片，利用75％甲醇+25％硝酸混合溶液作为双喷电解液，进行电解抛光，工作电压为8～10V，温度-30℃；通过JEOL2010TEM在200KV的加速电压下观察X90管线钢微观结构、位错分布、M/A岛和析出物微观形貌及尺度分布；步骤二，制备X90管线钢的标准棒状拉伸试样，拉伸试验在室温下使用SHT4605液压万能试验机进行，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周培山，王斌，王良，申文竹，王鹏飞，胡静，徐颖超，兰红霞，唐伍实秋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51