带状组织对材料性能影响的评估报告

安洛线L415MB带状组织对管材性能影响的

评估报告

0 前言

安钢就“安阳——洛阳天然气管道工程项目”于2010年1月开始向华油钢管厂供应7.1/8×1350mm L415MB板卷，在3-5月份供货的板卷中出现部分炉批带状组织为3.5级，未通过华油管厂入厂检验（技术要求不大于3级）。为弄清成因及其对钢管的影响，华油管厂与安钢共同对钢的成分、组织、母材及钢管的性能等进行了分析，并试制一根带状组织为3.5级的钢管进行常规性能检测及HIC试验，以评估3.5级带状组织的原料能否满足管道工程要求。

1 带状组织状况

1.1 带状组织的定义及评级

钢的带状组织是指奥氏体冷却时不同的转变产物呈带状分布的特征。

华油管厂对带状组织的评级标准采用的是《西气东输二线管道工程用热轧板卷技术条件（Q/SY GJX 0101-2007）》中的附录D，带状组织的级别是以M/A、珠光体组织条带、贝氏体带的条数，同时根据其在视域内的贯穿程度、连续性以及夹杂物的相关性评定的。

图1的带状组织级别评定为3.5级，即为华油管厂对L415MB某炉入厂检验的评定结果。

图1 华油管厂对230#带状组织检测的金像照片

1.2 带状组织的成因

在中石油管材所出版的《高强度微合金管线钢显微组织分析与鉴别图谱》一书及文献[1]中均指出，对于管线钢这类低碳钢，带状组织产生的根本原因在于成分偏析，连铸坯在凝固过程中碳和其他元素一起发生偏析而富集在枝晶间，在热轧再加热时，碳能相对均匀化，而其他元素均匀化却很困难，造成钢中各区域化学成分的不均匀，经轧制后变为条带偏析。有些资料表明在偏析严重的情况下，带上的合金含量可比基体高出1～2倍。

为考查带状组织成因，选取带状级别为3.5级的金相组织（炉号为L004681）做SEM分析，在条带和基体上各取4个点进行了能谱分析，如图2所示，分析结果如下：

图2 能谱分析取点示意图条带1#点:

条带2#点:

条带3#点:

条带4#点:

元素重量百分比原子百分比Mn 1.77 1.80

Fe 98.23 98.20

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.81 1.84

Fe 98.19 98.16

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.74 1.77

Fe 98.26 98.23

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.82 1.85

Fe 98.18 98.15

总量100.00

基体1#点: 基体2#点: 基体3#点:

基体4#点: 元素重量百分比原子百分比Mn 1.52 1.54

Fe 98.48 98.46

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.52 1.54

Fe 98.48 98.46

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.57 1.60

Fe 98.43 98.40

总量100.00

元素重量百分比原子百分比Mn 1.54 1.57

Fe 98.46 98.43

总量100.00

表1列出了条带和基体上各点的Mn含量，表2为L415MB冶炼的化学成分及L004681炉次成分。从能谱分析结果可见，带状组织为3.5级，主要是由Mn元素偏析造成，条带上Mn 含量约为基体的1.17倍。

1.3 带状组织的危害

中石油管材所出版的《高强度微合金管线钢显微组织分析与鉴别图谱》一书中指出，带状组织对钢的横向性能，特别是低温韧性、断口分离、止裂性能以及氢致开裂有重要的影响，然而对具体的影响程度及规律没有说明；但也有文献[2]指出，即使4级的带状组织程度与钢管母材冲击韧性、DWTT试验的SA值、抗HIC性能之间并没有可察觉的相关性。

那么安洛线L415MB的3.5级带状组织程度，是否对该管道工程的钢管服役构成明显影响呢？为此，通过统计及检验手段，针对3.5级带状组织对钢材性能的影响进行了评估。

2带状组织对板卷性能的影响

2.1 拉伸及冷弯试验

根据安钢L415MB出厂检验情况，带状组织为3.5级的，其冷弯均合格，未出现任何异常。

对不同带状级别的拉伸性能进行统计分析，

如表3及图3所示，发现带状级别与强度和伸长率之间没有可察觉的相关性，强度和伸长率均符合技术协议要求，且屈服强度平均值富裕约60MPa，抗拉强度平均值富裕约70MPa。

表3 不同带状级别的拉伸性能

带状级别样本量

屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%

ave min max ave min max ave min max

≤2 209 518 465 590 593 535 665 29.5 20 47.5

2.5 14 515 475 550 588 555 620 27.9 21.5 38

3 17 513 475 545 590 550 610 28.9 23.5 38.5

3.5 9 516 485 555 594 565 615 29.0 25 44

技术协议要求455-565 ≥520 ≥18

备注：大生产检验取样方向为与轧制方向成45°

图3 带状对拉伸性能平均值的影响

2.2 对冲击韧性的影响

表4列出了不同带状级别其冲击功及剪切面积的统计结果，可见在试验温度下3.5级带状组织没有对冲击功及剪切面积产生可察觉的影响

。冲击功总体平均值富余50J以上，最小值富裕25J以上，富裕量约为技术协议要求的一倍以上。

图4为系列温度下的冲击韧脆转变曲线，可见3.5级带状组织的试样，在-60℃仍未发生韧脆转变，且有约40J的富裕量。

对冲击断口进行抽样检查，均未发生断口分离现象。

表4 不同带状级别的冲击功和剪切面积

带状级别样本量

冲击功/J 剪切面积

ave min max ave min

≤2 209 94 60 135 100

2.5 14 98.5 70 116 100

3 17 96 70 122 100

3.5 9 102 86 114 100

技术协议要求≥40 ≥35 ≥90 ≥80

备注：试验温度为-20℃，试样采用5×10×55mm半尺寸试样

图4 系列温度冲击曲线

2.3 对DWTT试验的影响

落锤撕裂试验主要用于测定钢的裂纹扩展转变温度，是衡量管线钢止裂性能的重要指标。

根据钢厂出厂检验数据，对不同带状组织级别的落锤剪切面积进行了统计分析，见表5。可以看出，在试验温度下，对于带状组织为3.5级的，其DWTT的SA值均在技术协议要求的范围内