【X80三通用钢化学成分选择的研究】35号钢化学成分
摘?要 对不同化学成分的钢板进行热模拟试验，测定了钢板的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性。通过对比优化选择，最终确定了X80三通用钢的化学成分。试制的三通不仅具有很高的强度（Rt0.5≥555 MPa，Rm≥625 MPa），而且还具有优良的低温韧性（-30℃，Akv≥70 J）。
关键词 X80；热模拟试验；化学成分；三通
中图分类号 TG14 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0106-02
随着中国经济的飞速发展，对石油天然气的需求日益增加。作为石油天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，油气输送管道在近40年取得了巨大的发展。目前国外天然气管道的设计和运行压力已达15 MPa甚至更高，钢级也由X70逐步升级到X80为首选钢级。
根据中石油标准《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》，制造X80三通的原材料应为可焊性良好的碳钢或低合金高强度钢，力学性能为Rt0.5≥555 MPa，Rm≥625 MPa，Akv（-30℃）（母材3个试样最小平均值≥60 J、单个试样≥45 J；焊缝及热区3个试样最小平均值≥40 J、单个试样≥30 J）。试验的思路是：
1）满足《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》对X80钢级化学成分的要求。
2）Si、Mn、Cr、Mo、Ni和微合金化元素Nb、V、Ti可使C含量低而导致的强度损失得以补充和提高[1]。调整C、Mo、Ni元素的含量，提高材料的淬透性和韧性。调整Cr元素的含量，提高材料的强度。
1 热模拟试验
1.1 试验材料
试验所用钢板为在定做舞钢和湘钢定做的X80钢板，钢板厚度44 mm。
1.2 试验方法
试板的热处理采用济南产台式加热电炉，规格3.5 m×2 m×2 m。三通热热处理采用济南产天然气热处理炉，规格5.5 m×3 m×2.8 m，内置加热设备为双段火燃烧机。
试板化学成分分析采用德国产SPECTROMAX直读光谱分析仪。拉伸试验在WESW-1000液压万能材料试验机上按照GB/T228-2002进行，冲击试验在JBN-500金属摆锤冲击试验机和CDW-60冲击试验低温仪上按照GB/T229-1994进行。
1.3 试验结果
对四组不同化学成分的钢板进行相同的热处理，然后进行力学性能试验。
A组钢板采用舞钢产的钢板。
B组钢板采用舞钢产的钢板，化学成分在A组的基础上，增大C和Ni的含量。降低奥氏体化温度和冷脆转折温度，这样可提高钢的淬透性和任性。
C组钢板采用湘钢产的钢板，化学成分在B组的基础上，调整Cr的含量，提高钢的强度。
D组钢板采用湘钢产的钢板，化学成分在C组的基础上，调整Ni、Cr的含量，提高钢的力学性能和工艺性能。
化学成分具体数值见表2。
对四组钢板试板进行淬火+回火热处理，冷却介质为浓度10%的盐水。然后进行力学性能试验，得出表3的结果。从表3中的数据可知，A组钢板基本能满足X80钢级抗拉强度Rm≥625 MPa和屈服强度Rt0.5≥555 MPa的要求，但冲击任性远远不足；B组钢板在增加了C和Ni元素的含量之后，冲击任性明显优于A组钢板，但强度稍有下降，仍不能达到X80钢级力学性能的要求；C组钢板增加了Cr元素的含量，拉伸性能和冲击韧性能满足X80钢级的性能要求，但是冲击韧性不高，由于三通制造过程的特殊性，对原材料性能的要求很严格，因此C组钢板仍需要进一步加强。D组钢板进一步改进化学元素的配比，提高了冲击韧性，力学性能比X80钢级性能的要求高很多，满足要求。
2 试制三通的性能分析
采用化学成分和D组钢板相同的钢板压制X80钢级PN12.0 DN1200 mm×1200 mm×1000 mm异径三通，并采用与热模拟试验相同的热处理工艺进行热处理。割取试样进行检验。
2.1 拉伸性能
三通拉伸试样加工成直径为12.7 mm的圆棒拉伸试样进行拉伸试验，试验机WE-600，LZC-2拉伸自动测试仪，拉伸试验结果见表4。
从数据可以看出，三通拉伸性能优良，满足《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》的要求。
2.2 夏比冲击试验
在点1、2、3、4取样（不压平），以壁厚中心为试样中心线取夏比V型缺口冲击试样进行-30℃夏比冲击试验，试样尺寸
10 mm×10 mm×55 mm，试验机型号JNB500冲击试验机。试验结果见表5。
从结果可以看出，三通冲击韧性满足《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》的要求。
2.3 金相组织及晶粒度试验
在点1、2、3、4取样做金相组织及晶粒度检查。点1、2、3、4金相组织均为粒B+块F+P，晶粒度7～8级，满足《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》的要求。
3 结论
1）由于三通制造过程需要经过多次加热、淬火、变形，因此用于制造三通的X80钢板的性能必须比三通所需的性能更加良好。
2）X80三通原材料化学成分的选择广泛，添加合金元素的方案较多。通过本试验，确定出一种X80原材料的化学成分，见表6。
3）满足表6所列化学成分的X80原材料钢板制造出的X80热压三通，通过一定温度淬火+回火热处理后，力学性能较大程度高于《油气输送管道工程用DN400及以上管件技术条件》所规定的力学性能，Rt0.5≥555 MPa，Rm≥625 MPa，Akv（-30℃）（母材3个试样最小平均值≥60 J、单个试样≥45 J；焊缝及热区3个试样最小平均值≥40 J、单个试样≥30 J）。
参考文献
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