X100管线钢应变时效行为研究

　　由于大部分天然气储存在偏远地区，因此用长输管道将天然气从偏远地区输送到各地用户需要大量的管线钢材料，而采用高钢级、大直径、高压输送有利于减少天然气输送成本[2-5]，所以就有了X80及以上钢级管线钢的应用和研究[6]。近年来，许多研究机构和企业在X100管线钢研究上做了很多工作，但仍然存在一系列的问题。 如X100钢管的防腐涂覆时效、止裂韧性、焊接及真实工况下完整性相关问题等，这些问题仍需进一步研究[7-12]。

　　笔者主要研究了X100管线钢的应变时效特性。作为一项基础研究，对时效温度、不同取样方向及不同预应变量对钢管应变时效的影响进行了深入的探讨。

　　1 X100管线钢及钢管的生产及性能

　　本研究选用的X100管线钢坯通过吹氧转炉和连铸工艺生产，在连铸过程中采用轻压下工艺减少中心偏析。表1给出了X100管线钢的主要化学成分。

　　钢板生产采用热机械轧制工艺(TMCP)，精确控制加热、轧制和冷却过程。为了细化奥氏体晶粒，奥氏体未再结晶区的压下量控制在70%以上。终轧后控制合适的弛豫时间，在Ar3温度(多边形铁素体转变开始温度) 以下加速冷却。图1给出了X100管线钢的显微组织。可以看出，X100管线钢主要由粒状贝氏体、多边形铁素体和M/A组成。制管后X100直缝焊管的力学性能见表2。试验结果表明， 钢管具有较好的强度和韧性。

　　2 X100钢管应变时效性能分析

　　为了评估防腐涂覆后钢管的热时效性能，扩径后的钢管取纵向拉伸试样、横向拉伸试样和横向冲击试样， 在180～250℃进行时效。

　　图2给出了X100钢管时效前后的应力-应变曲线。表3给出了时效前后X100钢管的拉伸性能。可以看出，X100钢管纵向应力-应变曲线时效前后均为round-house形; X100钢管横向应力-应变曲线时效前无明显屈服平台，时效后出现了屈服平台。

　　随着时效温度的升高，纵向屈服强度、横向屈服强度、抗拉强度及屈强比均不断升高。时效前后钢管纵向屈强比由0.82升高到0.89; 横向屈强比由0.95升高到0.99; 钢管纵向的均匀延伸率由5.7%快速降低至3.6%。试验结果显示，X100钢管涂覆热时效可引起钢管纵向均匀延伸率降低，使钢管横向应力-应变曲线出现明显的屈服平台，并造成较高的屈强比，而这些问题可通过降低涂覆温度来解决。

　　图3给出了时效前后X100钢管的拉伸性能变化曲线。可以看出，随着时效温度的升高，钢管纵向、横向Rm，Rp0.2和Rp0.2/Rm均持续升高，δ ， δ和δ也均持续升高。纵向和横向δ 差别不大，而纵向δ和δ比横向显著升高。 说明相同时效条件下，时效对X100 钢管材料的纵向屈服强度和屈强比影响较大。分析上述现象的产生原因，首先，从纵向和横向应力-应变曲线看，X100 钢管纵向应力-应变曲线为round-house形，屈强比较低，塑性变形容量较大; 而钢管横向应力-应变曲线出现了屈服平台，屈强比较高，屈服强度与抗拉强度非常接近，因而一定程度上限制了时效后横向屈服强度的升高。其次，由于X100管线钢具有更加细小的晶粒和更高密度的位错及弥散的第二相粒子分布，晶界障碍极高[13]，制管后钢管横向受扩径的影响，高密度位错遭遇弥散第二相粒子和高密度晶界的阻碍，被牢牢钉扎，形成位错缠结或胞状组织，使时效后C，N原子偏聚对位错的钉扎作用与第二相粒子和晶界对位错的阻碍作用较时效前效果不明显。而钢管纵向由于不受扩径的影响，时效后C，N原子偏聚对位错的钉扎作用非常突出，因此造成时效后纵向屈服强度比横向上升更快。