预应变量和时效温度对X80管线钢性能的影响

　　管道输送是长距离大规模输送石油天然气最经济合理、最安全的运输方式。 为节省管线工程的投资、运营费用，逐渐采用高强度等级的管线钢，并对管线的可靠性提出更高要求。腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素， 现代输送管线多采用涂层对钢管进行外防腐处理， 常采用三层聚乙烯(3PE)和环氧粉末(EBE)防腐层[1-2]。 在涂层防腐工艺过程中， 首先对钢管进行除锈等表面清理， 然后采用中频感应加热使钢管表面温度到200～250 ℃，再涂敷防腐材料形成防腐层[3]。 这一过程往往导致强度和屈强比升高、韧性下降，这是因为管材发生了应变时效。

　　产生应变时效的主要原因是材料变形 (即产生预应变)后，位错脱离钉扎质点而移动，同时位错因变形而增殖， 在随后的室温长时放置或低温短时加热过程中，间隙固溶 C、N 原子向位错偏聚形成 Cottrell 气团钉扎位错，使位错移动困难，随着位错附近固溶原子的聚集， 位错密度较大的晶界处易脆化， 导致材料强度与硬度的上升和塑韧性的下降[3-5]。管线钢制管时产生一定量的变形，直缝焊管通常还要进行扩径， 扩径变形量通常为0.5%～1.5%。制管后在 200～250 ℃进行钢管防腐涂层处理。这一过程恰好构成“预应变+加热时效”的过程，管材因应变时效性能发生变化。

　　近年来管线建设已扩展到极地冻土带、 地震区和海洋等区域， 这些区域的管线可能会发生大的塑性变形， 管道设计理念逐渐从 “基于应力设计”转向“基于应变设计”，依照此设计概念，管线钢需要低屈强比、高伸长率和拱顶型的应力-应变曲线，同时要求应变时效后的性能恶化得到控制，以保证成品钢管的性能[6-7]。 本文对一种 X80 高铌管线钢进行应变时效过程模拟， 研究预应变量和时效温度对其性能的影响。

　　1 实验材料及方法

　　实验材料采用一种含 Nb 量较高的 X80 管线钢板(厚 22 mm)，其化学成分(质量分数，%)为：0.065C，1.75Mn， 0.20Si， 0.002S， 0.007P，0.090Nb，0.022Al，添加 Ti、Cu、Ni、Mo 及 Cr。

　　制备横向板状拉伸试样， 采用单轴拉伸获得1%、 2.5%、 5%的预应变量。 随后经预应变制得试样， 分别均匀加热至 150、 200 和 250 ℃ 保温30 min 后空冷至室温， 以模拟不同的预应变和时效过程。 然后制备 GB/T228-2002 标准要求的准10 mm 的 拉 伸 试 样 ， 进 行 拉 伸 试 验 ; 制 备GB/T229-1994 标准要求的 10 mm×10 mm×55 mm夏比 V 型冲击试样， 进行系列温度冲击试验，系列试验温度为 20、0、-20、-40、-60 和-80℃。 研究预应变量和时效温度两参数对其性能的影响，并对应变时效前后的试样进行金相组织分析。