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微合金化在正火态管线用无缝钢管X52N中的应用
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-11-23
微合金化的应用对钢的品种开发、生产高质量、高附加值产品（如船板、管线钢）等有重要作用。同时，由于无缝钢管的轧管过程与板材成型过程差异较大，因此其钢种设计及工艺与板材存在较大差异，对微合金化在N系列正火态管线用无缝钢管产品的应用进行研究具有实际意义。
集输管线在油气田日常的开采作业中有重要的作用，按其使用环境可分为陆上集输管线和海底集输管线两类，所用管材按制造方式也可分为无缝钢管和焊接钢管。其中，管线用无缝钢管根据交货状态可分为N系列（控轧态和正火态交货）及Q系列（调质态交货）。N系列产品具有生产流程相对简单，焊接区域组织性能较母材差异小等优点，通常在X60及以下钢级中大多采用N系列产品。
在钢中，质量分数约低于0.1%，但对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金元素，被称为微合金元素；Nb、V、Ti是钢中最为重要的微合金元素；在钢中添加微量的Nb、V、Ti，可保证钢在碳当量较低的情况下，通过其碳、氮化物质点（尺寸小于5nm）的弥散析出及Nb、V、Ti的固溶，细化晶粒，极大地提高钢的强度和韧性，使钢具有良好的力学性能及可焊性。因此，微合金化的应用对钢的品种开发、生产高质量、高附加值产品（如船板、管线钢）等有重要作用。同时，由于无缝钢管的轧管过程与板材成型过程差异较大，因此其钢种设计及工艺与板材存在较大差异，对微合金化在N系列正火态管线用无缝钢管产品的应用进行研究具有实际意义。
目前，国际上关于管线用无缝钢管最为通用的标准为API Spec 5L-2012《管线钢管规范》，其对典型钢级（X52N）正火态交货管线用无缝钢管的化学成分、力学性能要求分别见表1和表2.
表1 X52N钢级正火态管线用无缝钢管的化学成分要求（质量分数，%）
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钢级正火态管线用无缝钢管的力学性能要求
管体
|
焊缝抗拉强度/MPa
|
|||
屈服强度Rt0.5/MPa
|
抗拉强度Rm/MPa
|
最大屈强比
|
伸长率A/%
|
|
360～530
|
460～760
|
0.93
|
按标准进行计算
|
≥460
|
试验钢种采用50kg真空感应炉冶炼，锻造成120mm厚方锭后，采用模拟钢管穿孔-连轧-定径3道次变形的热轧工艺，轧成20mm厚板坯，将板坯分段后，进行正火热处理，并对轧态及正火态的性能进行检测。试验结果表明：
（1）微合金元素Nb、V、Ti的加入，可以有效细化晶粒和产生析出强化效果，其中V的析出强化效果最为明显，Nb对轧态组织的细化效果最佳，Ti由于容易形成大颗粒析出物，对冲击韧性有可能产生影响。
（2）提高氮元素含量可有效提高V的析出强化和细晶强化效果，降低碳含量可有效提高冲击韧性，但同等碳当量下强度会有一定程度的降低。
（3）采用微合金钢种生产正火态管线用无缝钢管，相比添加其他合金元素，有强韧性较高、碳当量较低、焊接区域性能更佳等优点。
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