【摘 要】
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管线钢主要用于长距离运输石油和天然气。随着我国能源消耗的逐年增大,管线钢输送天然气的压力也越来越高,因此对其性能提出了更高的要求。气泡和非金属夹杂物缺陷是制约管线钢质量提升的关键,尤其是大尺寸的宏观夹杂物(含气泡,尺寸≥50 μm),它们不但直接影响钢材的质量和性能,而且还能与运输介质中混杂的酸性杂质反应,产生氢诱导开裂,引发爆管等事故。因此有必要深入研究管线钢中的宏观夹杂物的分布及来源,为管线钢
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管线钢主要用于长距离运输石油和天然气。随着我国能源消耗的逐年增大,管线钢输送天然气的压力也越来越高,因此对其性能提出了更高的要求。气泡和非金属夹杂物缺陷是制约管线钢质量提升的关键,尤其是大尺寸的宏观夹杂物(含气泡,尺寸≥50 μm),它们不但直接影响钢材的质量和性能,而且还能与运输介质中混杂的酸性杂质反应,产生氢诱导开裂,引发爆管等事故。因此有必要深入研究管线钢中的宏观夹杂物的分布及来源,为管线钢质量的提升提供依据。本文以X70管线钢厚板连铸坯为研究对象,自主建立了大断面铸坯刨层检测平台,主要设备包括X5036铣床和500X电子显微镜。通过对连铸坯试样逐层解剖,获得了厚板连铸坯内夹杂物的形貌、尺寸、三维分布等信息。采用扫描电镜和能谱分析对典型夹杂物形貌及成分进行检测,验证了刨层检测方法的准确性,并根据夹杂物的化学成分判断了各类夹杂物的来源。研究发现如下:(1)夹杂物形貌特征。刨层实验发现近球形、不规则和簇群状三种宏观夹杂物形貌特征。其中近球形夹杂物尺寸范围大、数量多;不规则夹杂物数量次之;簇群状夹杂物数量较少。夹杂物形貌特征与在铸坯中的位置相关:随着铸坯与水口距离的增加,近球形夹杂物所占百分比逐渐降低,在铸坯窄边区域快速下降;不规则夹杂物所占百分比逐渐上升;簇状夹杂物在铸坯窄边区域所占百分比明显增大,不规则夹杂物和簇群状夹杂物更容易在窄边凝固前沿被捕捉。(2)夹杂物尺寸分布。统计整个铸坯试样的宏观夹杂物数量和尺寸,发现:粒径在50~100μm的夹杂物占总量的53.67%;粒径在100~150μm的夹杂物占33.4%;粒径在150~200μm的夹杂物占7.94%;粒径大于150μm的夹杂物较少,占4.99%。(3)夹杂物空间分布。夹杂物三维空间分布模型表明,夹杂物在内弧侧与外弧侧是非对称分布的,窄边区域外弧侧夹杂物比内弧侧多,近水口区域内弧侧夹杂物多于外弧侧。沿拉坯方向,夹杂物数量分布存在明显波动。铸坯皮下15mm区域内存在大量夹杂物,占总夹杂物数量的近75%;以30mm作为连铸机垂直段与弯曲段分界处的凝固坯壳厚度,则铸坯中79%的夹杂物在连铸机垂直段已经被捕捉。(4)夹杂物来源分析。依据夹杂物成分表明,管线钢中的宏观夹杂物主要为复合夹杂物,占总夹杂物数量的60.24%;单相类夹杂物数量较少,占总夹杂物数量的5.15%;卷渣类夹杂物占夹杂物总数的31.4%;气泡等其他夹杂物占3.21%。
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