包钢科技

项目	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Mo	Ce
范围	≤0.07	≤0.30	≤1.80	≤0.015	≤0.005	0.05~0.08	≤0.025	0.12~0.27
X80	0.05	0.21	1.78	0.010	0.001	0.08	0.020	0.20
X80(RE)	0.06	0.21	1.75	0.011	0.002	0.08	0.020	0.19	0.005 0

项目	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Mo	Ce
范围	≤0.07	≤0.30	≤1.80	≤0.015	≤0.005	0.05~0.08	≤0.025	0.12~0.27
X80	0.05	0.21	1.78	0.010	0.001	0.08	0.020	0.20
X80(RE)	0.06	0.21	1.75	0.011	0.002	0.08	0.020	0.19	0.005 0

性能	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa
要求	≥555	≥625

性能	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa
要求	≥555	≥625

钢种	成品厚度 /mm	加热炉温度/℃	中间坯厚度/mm	粗轧开轧温度/℃	精轧开轧温度/℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃	冷速 /(℃·s^-1)
X80	11	1 165	35	1 053	947	826	404	23
X80(RE)	11	1 166	35	1 065	945	823	374	25

钢种	成品厚度 /mm	加热炉温度/℃	中间坯厚度/mm	粗轧开轧温度/℃	精轧开轧温度/℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃	冷速 /(℃·s^-1)
X80	11	1 165	35	1 053	947	826	404	23
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焊接位置	填充材料	尺寸 /mm	电流 /A	电压 /V	焊接速度 /(cm·min^-1)	线能量 /(kJ·cm^-1)
根焊	JM-100C	1.2	200~280	20~30	30~40	10~15
实际控制	JM-100C	1.2	240	25.2	33	10.9
填充	JW-8M2		550~650	25~35	40~50	22~28
实际控制	JW-8M2		600	30	44	24.5

焊接位置	填充材料	尺寸 /mm	电流 /A	电压 /V	焊接速度 /(cm·min^-1)	线能量 /(kJ·cm^-1)
根焊	JM-100C	1.2	200~280	20~30	30~40	10~15
实际控制	JM-100C	1.2	240	25.2	33	10.9
填充	JW-8M2		550~650	25~35	40~50	22~28
实际控制	JW-8M2		600	30	44	24.5

样品	试样编号	试样位置	试样形式	抗拉强度R_m/MPa	断裂位置
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	741	断于熔合线
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	743	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	746	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	748	断于熔合线
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊接接头	矩形	≥625

样品	试样编号	试样位置	试样形式	抗拉强度R_m/MPa	断裂位置
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	741	断于熔合线
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	743	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	746	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	748	断于熔合线
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊接接头	矩形	≥625

样品	试样编号	试样位置	冲击功A_KV/J	断口剪切面积S_A/%
X80(RE)	1^#	焊缝	184	77
X80(RE)	1^#	热影响区	216	88
X80	2^#	焊缝	131	73
X80	2^#	热影响区	189	73
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊缝、热影响区	≥80

样品	试样编号	试样位置	冲击功A_KV/J	断口剪切面积S_A/%
X80(RE)	1^#	焊缝	184	77
X80(RE)	1^#	热影响区	216	88
X80	2^#	焊缝	131	73
X80	2^#	热影响区	189	73
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊缝、热影响区	≥80

稀土元素Ce对X80管线钢DWTT性能影响研究

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袁晓鸣

包钢科技 | 2024,50(4): 67-71

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包钢科技 | 2024, 50(4): 67-71

稀土元素Ce对X80管线钢DWTT性能影响研究

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袁晓鸣

作者信息

内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心, 内蒙古包头 014010

袁晓鸣(1983-),男,内蒙古包头市人,博士,高级工程师,现从事管线钢、耐磨钢等板材产品研发工作。

Study on Effects of Rare Earth Element Ce on DWTT (Drop Weight Tear Test) Properties of X80 Pipeline Steel

Xiao-ming Yuan

Affiliations

Technical Center of Inner Mongolia Baotou Steel Union Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

出版时间: 2024-08-25

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摘要

收起

文章以X80管线钢为研究对象,在实验室开展稀土元素Ce对管线钢DWTT性能影响研究。研究结果表明,稀土元素Ce的添加有利于提高试验钢的低温韧性,-40 ℃时添加稀土元素Ce后的试样冲击功达到210 J,与未添加稀土的试样相比增幅达到19.3%。添加稀土元素Ce有利于降低管线钢的韧脆转变温度。不添加稀土元素的试样焊后热影响区的冲击功为189 J,添加稀土元素Ce后的试样热影响区冲击功达到216 J,增幅为14.3%。

关键词

管线钢 / 显微组织 / 冲击功 / 抗拉强度

Abstract

收起

In this paper, the effects of rare earth element Ce on DWTT properties of pipeline steel are studied in laboratory by taking X80 pipeline steel as the research object. The study results showed that the addition of rare earth element Ce could help to improve the low temperature toughness of test steel. The impact energy of sample after adding rare earth element Ce could reach 210 J at -40 ℃, which is increased by 19.3% compared with that of sample without adding rare earth. The addition of rare earth element Ce could help to reduce the ductile-brittle transition temperature of pipeline steel. The impact energy of heat affected zone after welding for sample without adding rare earth element is 189 J and the impact energy of heat affected zone for sample after adding rare earth element Ce could reach 216 J, which is increased by 14.3%.

Key words

pipeline steel / microstructure / impact energy / tensile strength

引用本文

袁晓鸣. 稀土元素Ce对X80管线钢DWTT性能影响研究. 包钢科技, 2024 , 50 (4) : 67 -71 .

Xiao-ming Yuan. Study on Effects of Rare Earth Element Ce on DWTT (Drop Weight Tear Test) Properties of X80 Pipeline Steel[J]. Science & Technology of Baotou Steel, 2024 , 50 (4) : 67 -71 .

正文

收起

近年来随着国家能源战略升级和国民经济的快速发展,用于大输气量管道建设的高级别管线钢的需求增加,同时对管线钢的性能也提出了更高的要求。管线钢工程应用经验表明^[1-4],在提高厚规格管线钢强度的基础上,通过一定的技术手段提高管线钢的冲击韧性、断裂韧性、焊接匹配性能等,可以优化大口径厚壁高钢级管线钢的使用性能。

DWTT(落锤撕裂试验,Drop-Weight Tear Test)是用来检测金属材料韧性的试验项目,主要用于研究金属材料的低温脆性^[5-6]。对于高韧性、大壁厚的管线钢来说,普通夏比冲击试验的试样尺寸过小,不能反映实际应用过程中管线钢的应力状态。落锤撕裂试验(DWTT)的结果更能反映管线钢冲击性能的真实情况,因此落锤撕裂试验被广泛应用于管线钢断裂韧性的评价,被作为衡量管线钢抵抗脆性开裂能力的韧性指标^[7-8]。包钢目前利用装备先进的2 250 mm热连轧生产线,已经成功研发并稳定生产出厚规格高钢级管线钢,并且在国内多项管道工程中开展了应用。本文以X80级别管线钢为研究对象,在实验室开展稀土元素Ce对管线钢DWTT性能影响研究,为管线钢产品质量优化提供理论和技术支持。

1 生产方案设计

收起

1.1 化学成分设计

结合国内现有管线钢成分体系及包钢2 250 mm热连轧生产线装备优势,进行大口径厚规格高钢级管线钢的化学成分设计。Nb有对奥氏体-针状铁素体/贝氏体相变的促进作用,合金成分体系采用低碳高铌^[9]。已有的研究表明^[10-12],固溶于奥氏体中的Nb能够推迟多边形铁素体相变,促进针状铁素体/贝氏体组织的形成,从而在无Mo或低Mo条件下就能获得优异强韧性匹配的针状铁素体/贝氏体组织,这对于降低钢材成本具有重要的意义。X80管线钢热轧板材化学成分设计见表1。

1.2 生产工艺设计

X80管线钢热轧钢板的力学性能要求如表2所示。根据合金成分体系和力学性能要求,利用技术中心冶轧中试试验平台,在真空感应炉冶炼成25 kg的钢锭,冶炼过程添加稀土铈铁合金,成分检验后再经Φ550 mm轧机按照表3所示的控轧控冷工艺轧制成11 mm厚的钢板。轧后沿长度方向切取300 mm的钢板放入卷取炉模拟钢卷自回火过程,钢板冷却至室温后,进行性能检验。X80管线钢热轧钢板实验室热轧工艺参数见表3。

2 试验结果分析

收起

2.1 稀土对显微组织的影响

图1为添加稀土Ce和未添加稀土试验钢的金相组织照片。由图1可见,添加稀土Ce的试验钢晶粒更加细小,显微组织更加均匀,可见稀土元素Ce的添加有利于提高试验钢的低温韧性。

2.2 稀土对冲击韧性及DWTT的影响

添加稀土Ce对试验钢冲击韧性及DWTT的影响结果见图2、图3。图2为添加稀土元素Ce后对试验钢冲击性能的影响规律曲线,添加稀土元素Ce后,在不同试验温度下,试样的冲击性能有明显提高。-40 ℃时不添加稀土元素的试样冲击功为176 J,添加稀土元素Ce后的试样冲击功达到210 J,增幅达到19.3%。图3显示的是稀土Ce对试样落锤剪切面积的影响规律,添加稀土元素Ce后的试样落锤剪切面积明显增大。稀土Ce对夹杂物产生变性作用,钢中的夹杂物充分细化,同时稀土Ce对夹杂物的变性作用使夹杂物的塑性增加,降低了钢材在低温时的裂纹扩展敏感性,有利于降低管线钢的韧脆转变温度。

2.3 稀土对焊接接头组织及性能的影响

为了考察添加稀土对试验钢焊接性能的影响,在实验室开展焊接评价试验,表4为焊接评价试验方案。

添加稀土元素Ce和未添加稀土元素的管线钢试样焊接接头宏观及显微组织照片如图4所示。

由图4可见,添加稀土Ce的试验钢不同焊缝区域的晶粒更加细小,有利于提高试验钢焊缝及热影响区的低温韧性。焊接完成后进行拉伸试验、冲击试验。试验结果见表5、表6。

由表5和表6可见,焊接拉伸及冲击试验结果均满足标准要求。添加稀土元素Ce后,管线钢试样焊后热影响区的冲击功提高较为明显。不添加稀土元素的试样焊后热影响区的冲击功为189 J,添加稀土元素Ce后的试样热影响区冲击功达到216 J,增幅为14.3%。

3 结论

收起

(1)添加稀土元素Ce的管线钢晶粒更加细小,改善了显微组织的均匀性。稀土元素Ce的添加有利于提高试验钢的低温韧性。

(2)-40 ℃时添加稀土元素Ce后的试样冲击功达到210 J,与未添加稀土的试样相比增幅达到19.3%。稀土元素Ce有利于降低管线钢的韧脆转变温度。

(3)添加稀土元素Ce后,管线钢试样焊后热影响区的冲击功提高较为明显。不添加稀土元素的试样焊后热影响区的冲击功为189 J,添加稀土元素Ce后的试样热影响区冲击功达到216 J,增幅为14.3%。

基金

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中央引导地方科技发展资金项目,项目编号(2022ZY0035)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2024年第50卷第4期

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125

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接收时间：2024-06-01
首发时间：2025-10-24
出版时间：2024-08-25

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收稿日期：2024-06-01

基金

中央引导地方科技发展资金项目,项目编号(2022ZY0035)

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内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心, 内蒙古包头 014010

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本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

项目	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Mo	Ce
范围	≤0.07	≤0.30	≤1.80	≤0.015	≤0.005	0.05~0.08	≤0.025	0.12~0.27
X80	0.05	0.21	1.78	0.010	0.001	0.08	0.020	0.20
X80(RE)	0.06	0.21	1.75	0.011	0.002	0.08	0.020	0.19	0.005 0

项目

范围

≤0.07

≤0.30

≤1.80

≤0.015

≤0.005

0.05~0.08

≤0.025

0.12~0.27

X80

0.05

0.21

1.78

0.010

0.001

0.08

0.020

0.20

X80(RE)

0.06

0.21

1.75

0.011

0.002

0.08

0.020

0.19

0.005 0

性能	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa
要求	≥555	≥625

性能

屈服强度/MPa

抗拉强度/MPa

要求

≥555

≥625

钢种	成品厚度 /mm	加热炉温度/℃	中间坯厚度/mm	粗轧开轧温度/℃	精轧开轧温度/℃	终轧温度 /℃	卷取温度 /℃	冷速 /(℃·s^-1)
X80	11	1 165	35	1 053	947	826	404	23
X80(RE)	11	1 166	35	1 065	945	823	374	25

钢种

成品厚度
/mm

加热炉
温度/℃

中间坯
厚度/mm

粗轧开轧
温度/℃

精轧开轧
温度/℃

终轧温度
/℃

卷取温度
/℃

冷速
/(℃·s^-1)

X80

1 165

1 053

947

826

404

X80(RE)

1 166

1 065

945

823

374

焊接位置	填充材料	尺寸 /mm	电流 /A	电压 /V	焊接速度 /(cm·min^-1)	线能量 /(kJ·cm^-1)
根焊	JM-100C	1.2	200~280	20~30	30~40	10~15
实际控制	JM-100C	1.2	240	25.2	33	10.9
填充	JW-8M2		550~650	25~35	40~50	22~28
实际控制	JW-8M2		600	30	44	24.5

焊接位置

填充材料

尺寸
/mm

电流
/A

电压
/V

焊接速度
/(cm·min^-1)

线能量
/(kJ·cm^-1)

根焊

JM-100C

1.2

200~280

20~30

30~40

10~15

实际控制

JM-100C

1.2

240

25.2

10.9

填充

JW-8M2

550~650

25~35

40~50

22~28

实际控制

JW-8M2

600

24.5

样品	试样编号	试样位置	试样形式	抗拉强度R_m/MPa	断裂位置
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	741	断于熔合线
X80(RE)	1^#	焊接接头	矩形	743	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	746	断于熔合线
X80	2^#	焊接接头	矩形	748	断于熔合线
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊接接头	矩形	≥625

样品

试样编号

试样位置

试样形式

抗拉强度R_m/MPa

断裂位置

X80(RE)

1^#

焊接接头

矩形

741

断于熔合线

X80(RE)

1^#

焊接接头

矩形

743

断于熔合线

X80

2^#

焊接接头

矩形

746

断于熔合线

X80

2^#

焊接接头

矩形

748

断于熔合线

Q/SY GJX 0503.2—2016要求

焊接接头

矩形

≥625

样品	试样编号	试样位置	冲击功A_KV/J	断口剪切面积S_A/%
X80(RE)	1^#	焊缝	184	77
X80(RE)	1^#	热影响区	216	88
X80	2^#	焊缝	131	73
X80	2^#	热影响区	189	73
Q/SY GJX 0503.2—2016要求	焊缝、热影响区	≥80

样品

试样编号

试样位置

冲击功A_KV/J

断口剪切面积S_A/%

X80(RE)

1^#

焊缝

184

X80(RE)

1^#

热影响区

216

X80

2^#

焊缝

131

X80

2^#

热影响区

189

Q/SY GJX 0503.2—2016要求

焊缝、热影响区

≥80