本文關(guān)鍵詞：冷彎加工對X90管線鋼組織與性能的影響

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【摘要】：管線鋼的冷彎加工是利用彎管機對鋼管進行小角度彎曲,從而使鋼管形成一定的角度以適應(yīng)油氣輸送管道施工中復(fù)雜的地形需求,這在石油天然氣長輸管道工程中得到廣泛應(yīng)用。鋼管在冷彎過程中其外觀質(zhì)量、力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化,影響管線服役安全性。所以本文針對Φ1219×16.9mm的X90級管線鋼管進行冷彎試驗。采用液壓伺服萬能拉伸試驗機、沖擊試驗機、維氏硬度計、SEM和TEM等儀器,從冷彎成形模擬分析、預(yù)應(yīng)變實驗、力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)變時效等方面進行研究分析。本課題利用Deform-3D有限元模擬軟件對管線鋼管冷彎過程進行模擬,發(fā)現(xiàn)冷彎管外弧側(cè)的應(yīng)力應(yīng)變大于內(nèi)弧側(cè),殘余應(yīng)力和應(yīng)變主要分布于鋼管與模具相接觸的位置,且分布不均勻。通過改變單次成形角度和送進步距,分析冷彎管壁厚減薄率、橢圓度、褶皺度等參數(shù)的變化情況,確定最優(yōu)的單次成形角度和送進步距分別為0.5°和300mm。對管線鋼管進行現(xiàn)場冷彎,冷彎加工后試驗結(jié)果表明管材的拉伸性能與預(yù)應(yīng)變試驗結(jié)果一致。管線鋼管所承受的變形狀態(tài)和變形量大小影響其應(yīng)力應(yīng)變曲線、強度、硬度和塑韌性特征。對于X90級管線鋼冷彎管,承受拉應(yīng)變比承受壓應(yīng)變對其力學(xué)性能影響更為顯著。冷彎加工使得管材的應(yīng)力應(yīng)變曲線會由連續(xù)屈服特征轉(zhuǎn)變?yōu)槌霈F(xiàn)一個屈服平臺,且變形量越大,該屈服平臺越明顯；隨著變形量的增大,管材同一位置硬度由239.00提高到251.67,但不同位置的硬度值變化差異較大；冷彎管內(nèi)外弧側(cè)的屈服強度和抗拉強度從685MPa和770MPa分別增加到745MPa、778MPa和823MPa、814MPa;可見屈服強度的增幅要明顯高于抗拉強度,故屈強比也隨之增大,最高達到0.97；但其斷后延伸率從22.4%分別降到19.6%和19.8%。沖擊試驗結(jié)果顯示X90管線鋼為完全韌性斷裂,冷彎加工對其沖擊韌性產(chǎn)生的影響較小,在-60-℃沖擊功依然保持在240J以上,斷口形貌為韌性斷裂特征,未出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,表明管材具有良好的塑性變形能力和低溫韌性。組織結(jié)構(gòu)分析表明冷彎加工并沒有改變管材的基體組織類型,但多邊形鐵素體和貝氏體組織形貌和數(shù)量發(fā)生改變,各組織內(nèi)部和晶界部位中出現(xiàn)高密度位錯等亞結(jié)構(gòu),M-A組元數(shù)量增多,由此造成管材的強度、硬度和塑韌性發(fā)生變化。對冷彎管進行不同溫度時效處理發(fā)現(xiàn),200℃時,冷彎管組織和性能受應(yīng)變時效作用的影響較小。
【關(guān)鍵詞】：冷彎加工 X90級管線鋼管 組織結(jié)構(gòu) 性能
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1;TG306
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 研究背景與目的8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 X90管線鋼研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 冷彎管應(yīng)用與工藝研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.3 管線鋼冷彎有限元模擬現(xiàn)狀15-16
• 1.3 研究內(nèi)容16-18
• 第2章 試驗材料與方法18-23
• 2.1 試驗材料18
• 2.2 試驗方法18-23
• 2.2.1 預(yù)應(yīng)變試驗18-19
• 2.2.2 冷彎試驗19-20
• 2.2.3 硬度試驗20
• 2.2.4 組織結(jié)構(gòu)分析20-21
• 2.2.5 拉伸試驗21
• 2.2.6 沖擊試驗21-22
• 2.2.7 斷口形貌分析22
• 2.2.8 應(yīng)變時效試驗22-23
• 第3章 基于Deform對鋼管冷彎過程的數(shù)值模擬23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 冷彎管加工原理23
• 3.3 冷彎管加工工藝23-24
• 3.4 冷彎管成形分析與計算24-33
• 3.4.1 冷彎管受力分析24-25
• 3.4.2 有限元模擬分析25-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第4章 預(yù)應(yīng)變對X90管線鋼力學(xué)性能的影響34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 預(yù)應(yīng)變對管線鋼拉伸性能的影響34-39
• 4.2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線35-36
• 4.2.2 屈服強度36-37
• 4.2.3 抗拉強度37
• 4.2.4 屈強比37-38
• 4.2.5 斷后伸長率38-39
• 4.3 預(yù)應(yīng)變對管線鋼沖擊性能的影響39-40
• 4.4 本章小結(jié)40-42
• 第5章 冷彎加工對X90管線鋼組織和力學(xué)性能的影響42-59
• 5.1 引言42
• 5.2 母材組織分析42-43
• 5.3 冷彎管組織分析43-46
• 5.4 冷彎管力學(xué)性能分析46-57
• 5.4.1 無損檢測46-48
• 5.4.2 冷彎加工對硬度的影響48-49
• 5.4.3 冷彎加工對拉伸性能的影響49-52
• 5.4.4 冷彎加工對沖擊韌性和斷口形貌的影響52-57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 第6章 應(yīng)變時效對X90管線鋼組織與性能的影響59-65
• 6.1 引言59
• 6.2 應(yīng)變時效對拉伸性能的影響59-62
• 6.2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線59-60
• 6.2.2 屈服強度60-61
• 6.2.3 抗拉強度61
• 6.2.4 屈強比61-62
• 6.2.5 斷后伸長率62
• 6.3 應(yīng)變時效對組織的影響62-63
• 6.4 本章小結(jié)63-65
• 第7章 結(jié)論與展望65-67
• 7.1 結(jié)論65
• 7.2 展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文73

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本文編號：577891