【摘 要】
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低碳微合金钢性能优异,被广泛应用于能源行业的石油、天然气管道运输。但是近年来“低碳高铌”成分体系高钢级管道在建设和服役过程中焊缝失效事故时有发生,随着对管线钢研究的不断深入,发现高Nb会恶化焊接接头的韧性,而加入少量的V能改善焊接接头韧性。为此,本研究提出“以V部分替代Nb”的管线钢合金设计思路,并对Nb-V复合管线钢组织性能演变规律以及强韧化机制进行系统化研究,为V在高钢级管线钢中的应用提供理论
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低碳微合金钢性能优异,被广泛应用于能源行业的石油、天然气管道运输。但是近年来“低碳高铌”成分体系高钢级管道在建设和服役过程中焊缝失效事故时有发生,随着对管线钢研究的不断深入,发现高Nb会恶化焊接接头的韧性,而加入少量的V能改善焊接接头韧性。为此,本研究提出“以V部分替代Nb”的管线钢合金设计思路,并对Nb-V复合管线钢组织性能演变规律以及强韧化机制进行系统化研究,为V在高钢级管线钢中的应用提供理论指导。本研究利用热模拟实验和显微组织分析,研究Nb-V复合实验钢在单道次热模拟变形、双道次模拟变形中变形量、变形温度等工艺参数对实验钢显微组织、力学性能的影响,并对实验钢中微合金元素的析出行为和相变作用机理进行了分析,得到以下主要结论:（1）实验钢相变动力学研究结果表明,Nb元素可以促进针状铁素体（AF）、贝氏体转变,在较低的冷速下依然可以得到针状铁素体（AF）、粒状贝氏体（GB）组织。而V元素会明显提高相变开始温度。随着Nb含量的降低,V含量的增加,实验钢的多边形铁素体（PF）/粒状贝氏体GB转变曲线会向左移。（2）再加热阶段选取加热温度1180℃、保温1.5h最佳,此时实验钢中微合金元素已固溶进γ相,0.08%Nb钢（61.14μm）和0.05Nb-0.03%V钢（63.84μm）平均奥氏体晶粒尺寸比其他实验钢更加细小。通过构建热力学模型进行计算,发现在1050℃到1250℃温度区间内奥氏体晶粒长大激活能（Q）存在Q0.08%Nb＞Q0.05Nb-0.03%V＞Q0.03Nb-0.05%V＞Q0.07%V。（3）粗轧阶段选取1000℃变形温度、25%变形量最佳,此时0.08%Nb钢平均奥氏体晶粒尺寸为32.37±6.37μm,0.05Nb-0.03%V钢平均奥氏体尺寸为33.02±5.74μm,0.03Nb-0.05%V钢为36.33±6.22μm,0.07%V钢为42.21±6.92μm,此时0.08%Nb钢和0.05Nb-0.03%V钢中均存在富Nb、Ti的析出相粒子,有利于充分细化奥氏体晶粒。（4）精轧阶段选取820℃变形温度、40%变形量最佳,在该工艺下,对比四种成分的实验钢显微组织,发现0.08%Nb实验钢和0.05Nb-0.03%V实验钢中多边形铁素体的含量最少、尺寸也最为细小。（5）通过实验室轧钢,对四种成分实验钢进行试制,分析实验钢的显微组织、第二相析出、力学性能后得出:“0.05%Nb-0.03%V”的实验钢力学性能满足X80管线钢的相关标准要求。
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