低碳微合金石油储罐钢回火工艺研究.pdf

低碳微合金石油储罐钢回火工艺研究／ 粱国俐 7 7 低碳微合金石油储罐钢 回火工艺研究 梁国俐 唐山学院机电工程系，唐山 0 6 3 0 0 0 摘要 以含 0 ． 0 1 2 Ti 大型石油储罐用钢为研究对象， 分析了不同回火温度对淬火后的石油储罐用钢性能和组 织的影响 。结果表 明回火时间相 同 ， 随回 火温度的升 高， 钢板力 学性能 变化趋 势并 非单调性 ， 硬度和 强度先升 高后 降 低， 韧性和塑性先降低后升高。在 6 0 5 6 3 5℃窄区间回火温度对金相组织演变的差异较小， 没有出现本质上的不 同。原轧 态淬 火钢 经回火后 的显微 组织 由板 条 贝氏体马 氏体组织逐渐转 变为粒状 贝氏体 、 板条 贝氏体及 回火马氏 体混合组织， 板条边界依然清晰可见， 说明回火过程只发生回复并没有再结晶。 关键词 石油储罐钢 回火工艺力学性能微观组织 中图分 类号 T G1 5 6 文献标识码 A D OI 1 0 ． 1 1 8 9 6 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 2 3 X ． 2 0 1 5 ． 1 8 ． 0 1 7 An a l y s i s o n Te mpe r i n g Pr o c e s s o f Oi l Ta n k S t e e l wi t h Lo w Ca r b o n a n d M i c r o a l l o y L I ANG Gu o l i De p a r t me n t o f El e c t r o - Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g，Ta n g s h a n C ol l e g e ， Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 0 Ab s t r a c t B a s e d o n t h e o i l t a n k s t e e l wi t h 0 ． 0 1 2 Ti ， t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t t e mp e r i n g t e mp e r a t u r e o n mi c r o s t r u c t u r e s a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a f t e r q u e n c h i n g s t e e l we r e i n v e s t i g a t e d ． Th e r e s u l t s f o u n d t h a t t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t e e l p l a t e wa s n o t mo n o t o n i c t r e n d wi t h t h e t e mp e r i n g t e mp e r a t u r e i n c r e a s e ，t h e h a r d n e s s a n d s t r e n g t h i n c r e a s e d f i r s t a n d t h e n d e c r e a s e wi t h t h e t e mp e r i n g t e mp e r a t u r e i n c r e a s e ，t h e t o u g h n e s s a n d p l a s t i c i t y d e c r e a s e d f i r s t a n d t h e n i n c r e a s e d wi t h t h e t e mp e r i n g t e mp e r a t u r e i n c r e a s e ．Th e d i f f e r e n c e o f mi c r o s t r u c t u r e e v o l u t i o n wa s s ma l 1 t e m p e r i n g f r o m 6 0 5℃ t o 6 3 5℃ ．Af t e r t e mp e r i n g t h e mi c r o s t r u c t u r e o f o r i g i n a l r o l l e d h a r d e n e d s t e e l 。wh i c h c o n s i s t s o f l a t h b a i n i t e a n d ma r t e n s i t e ，g r a d u a l l y t r a n s f o r me d i n t o g r a n u l a r b a i n i t e ，l a t h b a i n i t e a n d t e mp e r e d ma r t e n s i t e ，t h e l a t h b o u n d a r i e s i S s t i l l c l e a r l y v i s i b l e 。i t wa s i n d i c a t e d t h e r e c o v e r y o c c u r s a nd n o r e c r y s t a l l i z a t i o n ． Ke y wo r d s o i l t a n k s t e e l ，t e mp e r i n g p r o c e s s ，me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，mi c r o s t r u c t u r e s 0 引言 我国是石油生产 和消费大 国， 原油产量居世界前列 ， 但 人均石油占有量仅为世界人均水平的 1 ／ 6 ， 建立我 国战略石 油储备以保障我 国能源安全已势在必行L 1 ] 。为 了保证我 国 能源安全 ， 国家从 2 0 0 3年上半年开始建立 国家石油战略储 备， 并计划到 2 0 1 5 年实现石油储备 9 O天的远期 目标。而实 现该 目标的前提条件是建设用于储油 的 1 O万～1 5万 m。 或 容积更大 的大型原油储罐l_ 2 ] 。但是， 随着储 罐的大型化 ， 工 程结构对储罐用钢也提 出了更高的要求。为了避免底层罐 壁过厚带来的整体热处理问题和焊接问题 ， 要求大型原油储 罐用钢不仅要有 高强度 ， 还须具有 良好的韧性 和成 型性 、 低 的焊接裂纹敏感性和抗大线能量焊接 以及优越 的抗腐蚀性 等 引。 由于大型石油储 罐用钢技术要求高 ， 生产难 度大 ， 国内 至今仅有 1 O 家钢厂具有 6 1 0 MP a 级大型原油储罐用钢供货 资格I 4 ] ， 通过选择最佳组合 的合金元素 ， 充分发挥直接淬 火回火 D Q T 工艺的潜力 ， 可 以获得理 想的钢板综合力 学性 能 ， 。 基于此本实验对大线能量焊接石油储罐用钢进行 回火 工艺研究 ， 为实现我国建造 2 0万 m。 或 3 O万 m。 的超大型石 油储罐所需钢板的国产化打下了基础。 1 实验 实验材料 6 1 0 MP a压力容器用钢 。其化学成分如表 1 所示， 将 4 块轧态淬火钢板放在箱式 电阻炉加热进行回火热 处理， 水淬温度为 9 3 0℃， 淬火时间为 5 0 mi n ， 回火温度分别 为 6 0 5℃、 6 1 5 ℃ 、 6 2 5 ℃、 6 3 5 ℃， 保温时间均为 6 0 mi n ； 之后 进行拉伸 、 冲击试验 ， 金相观察 。 表 1 材料的化学成分 质量分数／ ％ Ta b l e 1 Ma t e r i a l s c o mp o s i t i o n s wt ％ *唐山市科技计划项 目 1 4 1 3 0 2 3 7 B ； 河北省钢铁联合研究基金 E 2 0 1 5 1 0 5 0 5 2 梁国俐 女， 1 9 7 4年生， 博士， 副教授， 主要从事金属材料焊接性能研究E - ma i l g u o l i l i a n g 4 2 8 1 6 3 ． c o m 低碳 微 合金 石 油储 罐 钢 回火 工艺研 究／ 梁 国俐 7 9 精侵蚀后 ， 采用 O L Y MP US B H 一 2 金相显微镜对 回火后的组 织进行了观察 。图 5为不同回火温度后钢板金相显微组织 照片。从图 5 中可以看出， 原轧态淬火钢经过回火后的显微 组织 由板条贝氏体马氏体组织逐渐转变为粒状贝 氏体 、 板 条贝氏体及回火马氏体混合组织， 板条边界依然清晰可见， 说明回火过程只发生回复并没有再结晶。在 6 0 5 ～6 3 5℃回 火温度后的金相组织并没有本质上的差异 ， 只是 6 0 5℃ 回火 后的粒状贝氏体组织较大 ， 因而出现力学性能上硬度和强度 值偏高， 塑性和韧性相对较低 。 3 分析 与讨 论 在 6 0 5 6 3 5℃回火后的石油储罐钢板力学性能变化其 硬度和强度随着回火温度升高呈现先升高后降低现象 ， 而韧 性和塑性随着 回火 温度升 高呈现先降低后升 高。在 6 0 5 ～ 6 3 5℃窄区间回火温度对金相组织演变的影响较小 ， 没有 出 现本质上的不同。 回火过程因温度的差异 ， 一般表现不同的物理现象I g 。 究其本质而言， 可以简单归类为两个方面 在成分的分配上 ， 包含因热激活引起的原 子长程扩散和局部浓度梯 度引起 的 迁移 即短程扩散 以及因溶解度 的差异表现 出的在过饱 和 固溶体 中第二相粒子的析出行为； 在晶体空间点阵的重新构 建上 ， 表现为较大弹性畸变能的释放， 伴随 的现象为 回复和 再结晶。 对于低碳 微合 金 6 1 0 MP a 级 石 油储 罐用 钢 而言 ， 在 6 0 5 6 3 5℃温度 回火 ， 因温度变化较小， 碳化物通过热激活 表现出的扩散差异相对较小， 基本可 以忽略。另外 ， 随 回火 温度的升高， 伴随的回复现象越剧烈， 板条 贝氏体及位错缺 陷消失得越明显， 对强度和硬度的软化现象应该越显著。但 是 ， 因微合金元素过多 ， 从而对溶解度的耦合效应加强， 表现 出一定量第二相粒子即碳氮化物的析 出有所不 同。碳氮化 物在板条边界和位错上的析出有效地钉扎了组织演变 ， 因而 在宏观力学性能上表现 出明显 的硬化 现象 ， 强度和硬度增 加 。回火过程的回复和析出对力学性能的贡献既是矛盾 的 又是同时伴随的， 两者 同时作用， 导致 了宏观力学性 能变化 趋势的非单调性 ， 硬度 和强度先升高后 降低 ， 韧性和塑性先 降低后升高 。 4 结论 1 对试验钢在 6 0 5℃、 6 1 5℃、 6 2 5℃ 、 6 3 5℃进行 6 O ra i n回火实验 ， 力学性能变化趋势并非单调性 ， 硬度和强度先 升高后降低 ， 韧性和塑性先降低后升高。 2 在 6 0 5 6 3 5℃窄 区间 回火温度对金相组织演变的 差异较小 ， 没有出现本质上的不同。原轧态淬火钢经 回火后 的显微组织由板条贝氏体 马氏体组织逐渐转变为粒状贝 氏体、 板条贝氏体及 回火马氏体混合组织， 板条边界依然清 晰可见 ， 说明回火过程只发生 回复并没有再结 晶。 3 试验钢在 6 0 5 ～6 3 5℃区间 回火伴 随回复和碳氮化 物析出过程， 二者对力学性能的贡献既是矛盾又是同时发生 的， 两者 同时作用 ， 导致了宏观力学性 能变化趋势 的非单调 性 ， 硬度和强度先升高后降低， 韧性和塑性先降低后升高。 参考文献 1 Z h a n g Xi a o h u， Wa n g Z h e n g d o n g，Tu S h a n d o n g ．Th e p r e - s e n t d e v e l o p me n t a n d a p p l i c a t i o n o f h i g h i n p u t e n e r g y we l - d i n g s t e e l p l a t e f o r o i l s t o r a g e [ J ] ． P r e s s u r e Ve s s e l Te c h n o l ， 2 0 0 6 ， 1 2 3 3 3 8 i n Ch i n e s e 章小浒 ， 王正东， 涂善东． 原油储罐用钢的开发与应用最新 进展E J ] ． 压力容器， 2 0 0 6 ， 1 2 3 3 3 8 2 L i u W e i mi n g ， e t a 1 ． De v e l o p me n t in r e s e a r c h o f c o r r o s i o n p e r f o r ma n c e o f s t e e l s f o r s t o r a g e t a n k s [ [ J ] ． C o r r o s S c i P r o t e c t Te c h n o l ， 2 0 0 8 ， 2 0 6 4 4 8 i n Ch i n e s e 刘伟明， 等． 大型原油储罐用钢腐蚀性能的研究进展[ J ] ． 腐 蚀科学与防护技术， 2 0 0 8 ， 2 0 6 4 4 8 3 张汉谦， 江来珠． 石油储罐工程用高强度钢研究和应用进展 [ c ] ／ ／ 第十一次全国焊接会议论文集． 上海 ， 2 0 0 5 4 Li a n g Gu o l i ，Ya n g S h a n wu，e t a 1 ．M i c r o s t r u c t u r e s a n d p e r f o r ma n c e s o f C GHAZ f o r o i l t a n k s t e e l d u r i n g h i g h h e a t i n p u t we l d i n g [ J ] ．R a r e Me t a l s ， 2 0 1 3 ， 3 2 2 1 2 9 5 Li a n g Gu o l i ， Ya n g S h a n wu， W u Hu i b i n， e t a 1 ． I mp a c t t o u g h n e s s o f s i mu l a t e d C GHAZ wi t h h i g h h e a t i n p u t f o r a d d i n g t r a c e Z r o i l t a n k s t e e l [ J ] ． Tr a n s C h i n a We l d I n s t i t u t ， 2 0 1 1 ， 3 2 1 1 8 5 i n Ch i n e s e 梁国俐， 杨善武， 武会宾， 等．锆处理石油储罐钢大热输入焊 接 C GHA Z冲击韧性分析[ J ] ． 焊接学报， 2 0 1 1 ， 3 2 1 1 8 5 6 Ya n g Yi n g，e t a 1 ．Me t a l l u r g i c a l b e h a v i o r o f t i t a n i u m o x i d e s i n n o n - q u e n c h e d a n d t e mp e r e d s t e e l [ J ] ．J Un i v e r s i t y S c i T e c h n o l B e i j i n g ， 2 0 0 5 ， 2 7 5 5 4 0 i n C h i n e s e 杨颖， 等． 非调质钢中钛氧化物冶金行为[ J ] ． 北京科技大学 学报 ， 2 0 0 5 ， 2 7 5 5 4 0 7 Yu Qi n g， Wa n g Yi j u De v e l o p me n t o f d e s i g n t e c h n i q u e o f l a r g e s t o r a g e t a n k [ J ] ． Xi i a n g Oi l G a s ， 2 0 0 6 ， 2 4 7 3 i n Ch i n e s e 于清， 王一军． 大型储罐设计技术的发展[ J ] ． 新疆石油天然 气， 2 0 0 6 ， 2 4 7 3 8 Zh a n g Ha n q i a n ， J i a n g L a i z h u ． De v e l o p me n t o f 1 3 6 1 0 E 0 8 Mn - Ni VRh i g h s t r e n g t h QT s t e e l f o r l a r g e o i l s t o r a g e t a n k s [ J ] ． B a o s t e e l Te c h n o l ， 2 0 0 6 4 2 0 i n C h i n e s e 张汉谦， 江来珠． 大型原油储罐用 B 6 1 0 E 0 8 Mn Ni VR 高强 度调质钢板研制E J ] ． 宝钢技术， 2 0 0 6 4 2 O 9 Ra y P K，e t a 1 ． Op t i mi z a t i o n o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f a n HS L A- 1 0 0 s t e e l t h r o u g h c o n t r o l o f h e a t t r e a t me n t v a r i a b l e s [ J ] ． Ma t e r S c i E n g A， 2 0 0 3 ， 3 4 6 1 2 1 2 2 1 0 Wa n g L i j u n ， e t a 1 ．E f f e c t s o f t e mp e r i n g o n t h e mi c r o s t r u c t u r e a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f 1 5 0 0 M[ P a g r a d e s t e e l d i r e c t l y q u e n c h e d [ J ] ． J U n i v e r s i t y S c i T e c h n o l B e r i n g ， 2 0 1 0 ， 3 2 9 1 1 5 0 i n Ch i n e s e 王立军， 等． 回火温度对 1 5 0 0 MP a 级直接淬火钢组织与性 能的影响[ J ] ． 北京科技大学学报， 2 0 1 0 ， 3 2 9 1 1 5 0 责任编辑周媛媛