金属材料课设论文

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1、武汉科技大学课程设计论文课程设计论文题目： 一种超低碳微合金针状铁素体钢的设计学 院:理学院专 业:材料物理学 号:201307120057学生姓名:杜文兵指导教师:吴开明 张莉芹日 期:2016.5.6 摘要目前我国西气东输等大型项目相继投入使用，国家对于管线钢的需要日益增加。为降低管线建设和运营成本，我国急需设计出高性能低成本的管线钢。而要生产出更高强韧性的管线钢就必须对其进行合理的合金设计。实验根据管线钢的性能设计出了一种合理的合金成分。并通过JMatpro软件模拟计算样品的CCT、TTT曲线，分析针状铁素体的转变温度并设计合适的热处理工艺。关键字：热处理；微合金化；管线钢；成分设计Ab

2、stract Some large projects such as West-Esat gas transmission are being constructed in our country right now.The need for pipeline steel increase day by day.Our country need to design a high-performance and inexpensive pipeline in order to reduce cost of pipeline construction.In order to produce fur

3、ther high strength and toughness pipeline steel,alloy design must be reasonable done. We designed a reasonable alloy composition on the basic of performance of pipeline in the experiment.And we analyze the transition temperature of the ferrite and design appropriate heat treatment process by JMatpro

4、 software simulation samples CCT, TTT curve.Keywords: Heat treatment; Micro alloying;Pipeline steel;Composition design目录摘要1Abastract21 文献综述41.1 前言41.2 管线钢生产工艺41.3 针状铁素体组织形态51.4 针状铁管线钢中合金元素的选取52 管线钢轧制工艺要求72.1 加热72.2 粗轧72.3 代温72.4 精轧72.4 精轧72.5 冷却73 钢种设计73.1 成分设计73.2 JMatpro计算软件模拟TTT和CCT曲线83.3 工艺流程103

5、.4 强度分析113.5 焊接性能分析134 总结13参考文献13第一章 文献综述1.1前言管线管钢是指用于输送石油、天然气等的大口径焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。管线钢在使用过程中，处理要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢。管线钢工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高冷和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应具有高强度、低包申格效应、高韧性和抗脆性、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。目前，国外饭发达国家以开始广泛使用X70和X80管线钢并在积极研发X100及X120管线钢且已取得一定成果，

6、我国管线钢起步虽然较晚，但进步很快，目前已能稳定生产使用X65、X70、X80管线钢且已开始了X100和X120管线钢的研究。其中X70管线钢的主要结构多为针状铁素体结构，不仅具有良好的低温韧性，而且具有低的包申格性能和良好的焊接性，同时具有高的韧性和止裂性能。X70管线钢一般采用低碳-锰-铌系为基础，再适当添加其他的合金元素。1.2管线钢的生产工艺 目前在国内管线钢的生产工艺主要有：常规半连续热连轧、CSP连铸连轧、中厚板机组、炉卷机组。1.2.1半连续轧机 包括1架炉卷机及5机架精轧机。在半连续轧机上，钢带在精轧道次所经历的热轧从钢带的一端到另一端实质上是恒定的。在精轧机上道次间的时间通常

7、少于3S。1.2.2CSP连铸轧机在CSP生产线上对含有铌、钒、钛复合微合金化的低碳锰钢采用合适的控轧控冷和卷取工艺，可以保证钢的力学性能和显微组织符合现代X60管线钢的技术要求，符合现代管线钢的发展趋势。1.2.3中厚板机组 主要生产宽厚板，用于直缝埋弧焊管的生产，直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。1.2.4炉卷轧机炉卷轧机包括一家往复式粗轧机和4架往复式精轧机。在精轧机两边的输送线上安装了两台热卷轧机。输出辊道通常包括一套 层冷流冷却系统和一个卷取站，在炉卷轧机上，钢带整个长度上的热机械历史明显变化，尤其是在微合金化钢生产中，将强烈影响精轧机上生产的再结晶程度，晶粒长大

8、及析出，并且导致整个带钢长度上终极显微组织和性能的剧烈变化。其工艺特点是投资本钱相对低。1.3针状铁素体的组织形态针状铁素体是指低合金高强度钢中所形成的一种不同于铁素体-珠光体的类贝氏体组织。针状铁素体具有不规则的铁素体晶粒，基体中分布着高密度的位错，通过多边形铁素体和贝氏体转变温度之间的温度区间奥氏体分解形成。此种转变可以通过奥氏体温度区间快速冷却而得到。 a） 放大倍数200倍 b)放大500倍图1.1金相组织图1.4铁素体管线钢中合金元素的选取1.4.1碳碳是增加钢的强度的有效元素，但是随着含碳量的增加会导致焊接性恶化，韧性下降，同时偏析加剧。当碳含量超过0.04%时，当导管线钢抗HIC

9、的能力下降，当碳含量超过0.05%时，当导致锰和磷的偏析加剧。目前，随着管线钢的级别提高，碳含量一般逐渐降低。对于寒冷状态含硫环境的管线钢，如果过度降低碳含量（0.01%),热影响区的境界将脆化,并引发热影响区发生HIC和韧性的降低。目前认为最佳碳含量应控制在0.01%0.05%。1.4.2锰钢中含碳量的降低使屈服强度下降，可以使用锰代替碳保证其强度。另外锰还能推迟铁素体-珠光体的转变，并降低贝氏体的转变温度，有利于形成细晶粒组织。锰对管线钢有固溶强化、细晶强化、和相变强度有影响。锰在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。但锰含量过高会对管线钢的焊接性能造成不利影响。1.4.3

10、硫硫是管线钢中影响钢的抗HIC和抗SSC能力的主要元素。随着含硫量的增加，敏感性显著增加；只有当0.0012%时，HIC明显降低。值得注意的是硫易与锰结合生成MnS夹杂物，当MnS夹杂变成粒状夹杂物时，随着刚强度的增加，单纯降低硫含量不能防止HIC。1.4.4磷由于磷是一种易偏析的元素，在偏析区其淬硬性约为碳的两倍。此外磷还会恶化管线钢的焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量。1.4.5钼管线钢中含量的增加会使其抗拉强度提升。钢中钼有利于针状组织的发展，随着钢中钼的质量分数的增加，针状铁素体的含量增加，因此能在极低的碳

11、含量中得到很高的强度。在连续冷却转变中，钼元素的加入使相点的温度降低，在相同的冷却条件下更容易发生贝氏体转变，并使其CCT曲线向右移。1.4.6铌铌是管线钢中不可或缺的元素，能改善低温韧性。铌由于在板坯加热过程中固溶于奥氏体中，在轧制变形过程中具有抑制奥氏体再结晶和细晶奥氏体晶粒的作用。其碳氮化合物在轧制后的冷却过程中沉淀析出，对钢板具有析出强化作用。1.4.7其他元素管线钢中加入微量的钒，可以通过增加沉淀硬化效果来提高钢板的强度。钢中加入微量的钛可以通过提高钢的晶粒粗化温度来促进晶粒细化，达到提高钢板强度和韧性的目的。铜能有效地提高抗大气腐蚀和显著减少氢质裂纹产生的能力。第二章 管线钢轧制工