開發(fā)思路

? ? ?鋼管是一個結構體，鋼管的壓曲現(xiàn)象由鋼管的力學性能，特別是應力-應變關系決定。鋼管的力學性能由鋼管微觀組織決定。通過優(yōu)化鋼管的化學成分、軋制和熱處理條件可以對鋼管的組織進行控制。為進行鋼管新產(chǎn)品的開發(fā)，查明以下的各種關系十分重要：1）鋼管抗壓曲性與鋼管抗拉強度的關系、2）鋼管抗拉強度與鋼管微觀組織的關系、3）鋼管微觀組織與鋼管制造條件的關系。其中，根據(jù)微觀組織對力學性能的研究，過去主要是進行實驗研究。本研究開發(fā)出利用TEM解析對鋼管組織結構和變形行為進行預測的技術，使鋼管組織達到最佳化。
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? ? 開發(fā)內(nèi)容

3.1查明鋼管抗壓曲性與鋼管抗拉強度的關系

? ? ?首先用應力-應變曲線和管徑壁厚比（D/t）不同的鋼管，進行軸向壓縮壓曲試驗。圖1是極限壓曲應變與n值的關系以及應力-應變曲線模式圖。一般來說，管徑（D）小、壁厚（t）大的鋼管不易發(fā)生壓曲，即D/t小的鋼管極限壓曲應變高，D/t相同時，n值越大，極限壓曲應變越高。此外，具有屈服平臺型應力-應變曲線鋼管的極限壓曲應變低。因此，為防止壓曲，應使管線鋼具有連續(xù)型應力-應變曲線并具有高n值。

3.2多相組織鋼的拉伸特性控制

? ? ? ?本文對鋼的微觀組織與鋼的拉伸特性的關系進行了研究。該研究以控制軋制 加速冷卻工藝制造的具有高n值的鐵素體-貝氏體兩相組織鋼為對象，將鋼的組織進行模型化，對其變形行為進行解析。根據(jù)結構的連續(xù)性和對稱性，將軟質(zhì)相中彌散分布有硬質(zhì)相的三維結構模型化計算單元，進行二維軸對稱解析。根據(jù)該模型對不同組織體積分數(shù)的鐵素體-貝氏體鋼的應力-應變曲線和加工硬化特性進行FEM解析的結果如圖2。FEM解析結果與試驗測定結果非常一致。因此，可以認為，用本解析模型可以對多相鋼的加工硬化特性進行預測。此外，從圖2可知，單相鐵素體、單相貝氏體的n值都較低，當鋼中的貝氏體體積分數(shù)為40%時，獲得最大n值。

? ? ? ?調(diào)整鋼材制造工藝，還可以獲得貝氏體之外的其他各種硬質(zhì)第二相。因此，對珠光體、馬氏體等硬質(zhì)第二相的情況也進行了FEM解析。結果表明，各種硬質(zhì)相的分數(shù)增加都使n值增大。并且軟質(zhì)相和硬質(zhì)相的強度差越大，對n值的影響越大。因此，將馬氏體作為硬質(zhì)第二相，即使馬氏體體積分數(shù)較少，也可獲得高的n值。

3.3創(chuàng)新型在線熱處理多相組織控制技術

? ? ? 創(chuàng)新型厚鋼板在線熱處理多相組織控制技術的主要特點是，控制軋制后，在A_r?3溫度以下進行加速冷卻（ACC）可制造出鐵素體-貝氏體組織鋼。鐵素體-貝氏體型高變形鋼管在日本國內(nèi)有許多作為煤氣管線的使用實績。但在海外，為了防腐蝕要對鋼管外部在200-250℃下進行防蝕涂裝。因此存在著應變時效導致變形性能下降的問題。為解決這個問題，利用加速冷卻后在線熱處理裝置（HOP^?），使鋼的組織多相化，降低應變時效。

? 圖3是利用加速冷卻和HOP^?進行組織控制的模式圖。控制軋制后進行加速冷卻時，在貝氏體轉變途中停止加速冷卻，直接進行在線熱處理。這時，C向未轉變奧氏體濃聚，在在線熱處理加熱后的空冷過程中生成島狀馬氏體（MA）。因此獲得了MA彌散分布在貝氏體中的多相組織。此外，在在線熱處理加熱過程中發(fā)生Nb、Mo等碳化物的析出，使固溶C量顯著下降，抑制了時效的發(fā)生。這種軟質(zhì)貝氏體相中彌散分布MA的多相組織是過去生產(chǎn)工藝不能獲得的組織。

3.4貝氏體-MA組織鋼的力學性能和鋼管的實用化

? ? ? ?貝氏體-MA組織鋼涂層加熱引起屈服強度有很小的升高，應力-應變曲線形狀也沒有大變化，涂層加熱后仍具有高n值。鐵素體-貝氏體組織鋼涂層加熱引起屈服強度大幅度升高、n值下降。過去已知，MA是焊接熱影響區(qū)等部位的脆性斷裂起點，使鋼的韌性惡化。但在線熱處理得到的MA是微細的粒狀物，沒有對母材韌性產(chǎn)生不良影響。此外，由于MA被許多取向不同的貝氏體晶粒包圍，所以貝氏體/MA界面的裂紋傳播受到抑制。

? ? ?對貝氏體-MA組織鋼的鋼管進行壓屈試驗，證明其具有優(yōu)良的抗壓曲性。API X80級貝氏體-MA組織鋼管已經(jīng)用于中國和加拿大的地震凍土帶天然氣輸送管線。?