本文選題：X80管線鋼 + 應(yīng)變硬化　； 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：強度與塑性、韌性等力學(xué)性能的合理匹配是鋼鐵材料研究的關(guān)鍵內(nèi)容。X80管線鋼是當(dāng)前油氣管線工程中應(yīng)用較廣泛的鋼種,施工與服役條件較為惡劣,對其提出高強度的同時也提出了較高的塑性和韌性要求。本文以熱軋X80管線鋼為研究對象,研究其塑性變形行為及組織演變規(guī)律,從細(xì)觀力學(xué)角度揭示其損傷斷裂機制,為優(yōu)化X80管線鋼的綜合性能提供理論支持和實踐指導(dǎo)。借助于OM、SEM (EBSD)和TEM等技術(shù)研究X80管線鋼板的微觀組織特征：橫向的有效晶粒尺寸在1μm以內(nèi)的分布頻率高于縱向和45°方向；拉伸斷口在橫向和450方向上的韌窩均勻分布,斷面高低起伏,其形貌間接反映了斷裂功的排序：450方向橫向縱向；橫向、縱向和45°方向上分別為銅型織構(gòu)、立方織構(gòu)和立方織構(gòu),{111}面的織構(gòu)強度較高,其中{110}112為主織構(gòu),111//TD的晶粒占多數(shù),造成其力學(xué)性能的各向異性。采用由刃型位錯構(gòu)建的傾側(cè)晶界模型分析晶界強化機制,結(jié)果表明：晶界對位錯的作用力FAB→C隨晶界取向差θ的增加而增加；在取向差θ增加的初期,該作用力迅速上升；取向差θ增至150,該作用力增幅顯著下降,基本穩(wěn)定在最大值,與晶界能-取向差的關(guān)系吻合。X80管線鋼焊接區(qū)域力學(xué)特性的研究表明：該區(qū)域為柱狀晶組織,具有凝固組織和相變組織的綜合特征,其沖擊功排序：母材區(qū)熱影響區(qū)焊縫區(qū)域。而焊縫裂紋形成過程為：在凝固冷卻造成的拉伸應(yīng)力作用下,裂紋沿柱狀晶界擴(kuò)展,裂紋內(nèi)部存在非金屬夾雜物,其斷口大部分區(qū)域為解理斷裂,近裂紋邊緣為準(zhǔn)解理斷裂。X80管線鋼拉伸過程的力學(xué)行為分析表明,橫向應(yīng)變硬化指數(shù)n最大,縱向次之,450方向最��；隨著應(yīng)變硬化指數(shù)的增加,均勻伸長率增加,應(yīng)變強化系數(shù)K與n、σb正相關(guān)；其應(yīng)變硬化行為呈現(xiàn)平臺、緩慢下降和快速下降等三個階段；基于C-J方法的應(yīng)變硬化行為分析表明,其兩個迅速下降的過程分別對應(yīng)了屈服和頸縮兩個不均勻變形階段。X80管線鋼在橫向上的有效晶粒尺寸最小,45°方向最大,晶粒細(xì)化造成晶界數(shù)量增加,有利于塑性；小角度晶界有利于塑性變形而無益于強度；大角度晶界強化使晶界應(yīng)力水平提高,促使鄰近晶粒變形。其快冷組織的應(yīng)變硬化性能分析表明,鐵素體體積分?jǐn)?shù)增加,均勻伸長率增加,屈強比與應(yīng)變硬化指數(shù)負(fù)相關(guān),其加工硬化行為經(jīng)歷迅速下降、緩慢下降和再次迅速下降等三個過程,其轉(zhuǎn)折點對應(yīng)了屈服強度和抗拉強度。當(dāng)鐵素體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到22.8%時,加工硬化率呈現(xiàn)前快、后慢的兩個下降階段,其中MA島狀組織參與變形,保證了應(yīng)變硬化性能。X80管線鋼的沖擊斷裂行為分析表明：室溫條件下其沖擊韌性呈現(xiàn)各向異性：橫向最優(yōu),45°方向最差,主要原因在于細(xì)晶韌化機制,其核心要素為晶界的數(shù)量與取向差;溫度愈低,阻礙裂紋擴(kuò)展的能力愈弱,脆性斷裂特征愈顯著；夾雜物(MnS、Al2O3等)是韌窩形成的起點,裂紋在擴(kuò)展過程中受到界面的阻礙,其路徑較曲折,裂紋擴(kuò)展區(qū)域有變形帶。采用二維有限元模擬夏比沖擊試驗中斷裂面上夾雜物等在損傷斷裂機制中的作用,結(jié)果表明：夾雜物界面處的損傷及夾雜物本身的破裂均可能是沖擊斷裂的裂紋源;應(yīng)力三維度Rσ值在圓形夾雜物界面的45°和135°處(方形夾雜物的兩個尖角處)為最低水平,損傷最為嚴(yán)重,而在90°方向損傷最小,與塑性應(yīng)變能密度分析結(jié)果一致；夾雜物界面的最大等效應(yīng)變值、塑性應(yīng)變能密度最大值與其尺寸大體呈線性正相關(guān),方形夾雜物的指標(biāo)更高；帶尖角的方形夾雜物界面處的塑性應(yīng)變能密度更大,其損傷區(qū)域更為集中,相對于圓形夾雜物產(chǎn)生的韌窩尺寸要小,斷裂吸收的沖擊能量要少；夾雜物周邊基體中出現(xiàn)了損傷程度次高的區(qū)域,圓形夾雜物造成的損傷更低、更均勻；小尺寸的夾雜物導(dǎo)致界面處有較低的塑性應(yīng)變能密度,而其周邊區(qū)域產(chǎn)生的損傷相對均勻,分布面積相對更大,形成的韌窩尺寸更大,所吸收的能量更多。
[Abstract]:The rational matching of strength, plasticity, toughness and other mechanical properties is the key content of steel material research.X80 pipeline steel is widely used in the current oil and gas pipeline engineering. The construction and service conditions are worse, high strength is put forward at the same time, high plasticity and toughness requirements are also put forward. This paper takes hot rolling X80 pipeline steel as research. In order to provide theoretical support and practical guidance for optimizing the comprehensive properties of X80 pipeline steel, it provides theoretical support and practical guidance for optimizing the comprehensive properties of X80 pipeline steel. By means of OM, SEM (EBSD) and TEM, the microstructural characteristics of X80 pipeline steel are studied with the help of the technology of transverse effective grain size within 1 mu m. The distribution frequency is higher than that of the longitudinal and 45 degrees. The dimple of the tensile fracture is evenly distributed in the transverse and 450 directions, and the section height fluctuate. The morphology of the fracture reflects the sorting of the fracture work indirectly: the 450 direction is transverse longitudinal. The transverse, longitudinal and 45 degrees are respectively copper texture, cubic texture and cubic texture, and the texture strength of the {111} surface is higher. Among them, the main texture of {110}112 is the texture of the 111//TD, which makes the anisotropy of the mechanical properties. The grain boundary strengthening mechanism is analyzed by the dip grain boundary model constructed by the edge dislocation. The result shows that the force FAB to C of the grain boundary dislocation is added with the increase of the grain boundary orientation difference theta, and the action is fast in the initial stage of the orientation difference theta. The increase of the orientation difference of theta to 150, the growth of this force decreased significantly, basically stable at the maximum value, and the relationship with the grain boundary energy orientation difference coincides with the study of the mechanical properties of the.X80 pipeline steel welding area. It shows that the region is columnar crystal structure with the comprehensive characteristics of the solidification and phase transition, and the impact work is ordered: the heat effect of the parent material zone The formation process of the weld seam is that the crack formation process is that under the tensile stress caused by the solidification cooling, the crack propagates along the columnar grain boundary, and the non-metallic inclusions exist inside the crack, and the most part of the fracture is cleavage fracture. The mechanical behavior analysis of the tensile process of.X80 pipeline steel near the edge of the crack indicates that the transverse strain is transversely strain. The hardening exponent n is the largest, the longitudinal direction is the smallest, the 450 direction is the smallest; as the strain hardening exponent increases, the uniform elongation increases, the strain hardening coefficient K is positively related to N and sigma B; the strain hardening behavior presents the platform, the slow descent and the rapid descent, and the strain hardening behavior analysis based on the C-J method shows that the two rapidly decline. The process corresponds to the two non uniform deformation stages of yield and necking. The effective grain size of.X80 pipeline steel is the smallest in the transverse direction, the direction of 45 degree is the largest, grain refinement leads to the increase of grain boundary, which is beneficial to the plasticity; the small angle grain boundary is beneficial to the plastic deformation and is not beneficial to the strength; the grain boundary stress level is raised by the large angle grain boundary strengthening, and the grain boundary stress level is increased. The strain hardening behavior of the adjacent grains shows that the volume fraction of ferrite increases, the uniformity of elongation increases, the ratio of flexion intensity is negatively correlated with the strain hardening exponent, and its working hardening behavior goes through three processes, such as rapid decline, slow descent and rapid descent, and the turning point corresponding to the yield strength and tensile strength. When the volume fraction of ferrite reaches 22.8%, the working hardening rate presents fast and slow two decline stages, in which the MA island like tissue participates in the deformation. The analysis of the impact fracture behavior of the strain hardening.X80 pipeline steel shows that the impact toughness is anisotropic under the condition of room temperature: the transverse optimum, the worst in the direction of 45 degree, the main reason. The core element is the mechanism of fine grain toughening, its core element is the poor quantity and orientation of grain boundary; the lower the temperature, the weaker the ability to impede the crack growth, the more prominent the brittle fracture characteristics; the inclusion (MnS, Al2O3, etc.) is the starting point of the dimple formation, the crack is hindered by the interface during the expansion process, its path is tortuous, and the crack expansion zone has a deformation zone. The results show that the damage at the interface of the inclusion and the breakage of the inclusion itself may be the crack source of the impact fracture, and the three-dimensional R sigma of the stress is at 45 and 135 degrees of the circular inclusion interface (two tips of the square inclusions. " The maximum damage in the direction of the 90 degree is the least, and the minimum damage in the direction is the same as the result of the plastic strain energy density analysis. The maximum equivalent strain value of the inclusion interface, the maximum plastic strain energy density is linearly and positively correlated with its size, the index of the square inclusion is higher, and the plastic of the square inclusions with the sharp angle is plastic. The density of the strain energy is larger, the damage area is more concentrated, the size of the dimple produced by the circular inclusion is smaller, the impact energy of the fracture absorption is less, the area with the higher damage degree appears in the periphery of the inclusion, the damage of the circular inclusions is lower and more uniform, and the small size inclusions lead to the lower interface. The plastic strain energy density, and the damage in the surrounding area is relatively uniform, the distribution area is relatively larger, the dimple size is larger, and the energy absorbed is more.

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1

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