【摘 要】
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X70管线钢是目前国际上石油、天然气管线用钢中使用量最多的钢级,随着运输条件向高压、大口径方向发展,对管线钢的强度、韧性提出了更加严格的要求,决定着工件的承载能力和脆
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X70管线钢是目前国际上石油、天然气管线用钢中使用量最多的钢级,随着运输条件向高压、大口径方向发展,对管线钢的强度、韧性提出了更加严格的要求,决定着工件的承载能力和脆断倾向,是进行工程设计的重要参数之一。本研究拟以X70管线钢为研究对象,采用数值模拟与试验参数相结合的方法模拟得到参数不同(相含量、形状、分布)系列多相组织试验钢的应力应变曲线;研究多相组织参数与试验钢的断裂韧性JIc、KIc、夏比冲击韧性CVN之间的定量关系,明确了多相组织特征对铁素体/贝氏体多相钢韧化的影响及作用机理。通过系列实验得到试验钢的CCT曲线,结合金相试验结果对试验钢的相变特性进行系统研究。研究表明,冷速低于2℃/s时,试验钢具有珠光体和铁素体组织;冷速在20-40℃/s时,试验钢具有针状铁素体和粒状贝氏体为主组织;通过冲击试验、断裂试验得到了不同组织、温度下的冲击韧性、断裂韧性。并将主要的力学性能参数进行对比,结合电镜扫描得到了冲击韧性随组织、温度的变化规律,J积分与裂纹扩展量Δa的关系曲线方程,确立了不同工艺组织试验钢的JIc、KIc值。通过拉伸实验,测定不同工艺、不同温度下试验钢的应力-应变曲线,获得各单相组织的应力应变曲线,并利用显微硬度数据进行修正。利用有限元软件ANSYS建立铁素体/贝氏体(F/B)试验钢的单胞模型,模拟了不同相参数(贝氏体含量、形状及分布)铁素体/贝氏体钢在不同温度下的应力-应变曲线,通过实验和模拟相结合的方法,分析了硬相贝氏体含量、形状、分布对F/B试验钢力学性能的影响。发现在硬相含量相同的情况下,具有细长针状铁素体组织的管线钢具有最佳的强韧性。在应力应变曲线模拟的基础上,建立F/B试验钢的断裂模型,模拟典型多相组织试验钢的JIc值,并计算相应的应力强度因子KIc值。对模拟结果与试验结果进行对比分析,建立了相含量、形状、分布与试验钢的断裂韧性JIc、KIc、夏比冲击韧性CVN之间的定量关系,明确了多相组织特征对F/B多相钢韧化的影响及作用机理。
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