نبذة مختصرة: يتم استخدام فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q على نطاق واسع في بناء خطوط أنابيب نقل النفط والغاز لمسافات طويلة نظرًا لصلابته الممتازة في درجات الحرارة المنخفضة, قوة عالية, ومقاومة التآكل. في هذه الورقة, تم إجراء تحليل شامل للبنية المجهرية والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q باستخدام المجهر الضوئي (عن), المجهر الإلكتروني الماسح (من), المجهر الإلكتروني النافذ (تيم), اختبار الشد أحادي المحور, اختبار تأثير شاربي, واختبار الصلابة. أظهرت النتائج أن البنية المجهرية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q تتكون أساسًا من الفريت الحلقي. (ل), الفريت المضلع (الجبهة الوطنية), وكمية صغيرة من بينيت (ب) والمارتنسيت-الأوستينيت (م-أ) جزر. الفريت الحاد, ببنيتها الدقيقة والمتشابكة, هو العامل الرئيسي الذي يساهم في الخواص الميكانيكية الشاملة الممتازة للفولاذ. تشير نتائج اختبار الشد إلى أن الفولاذ لديه قوة خضوع تبلغ 490-520 الآلام والكروب الذهنية, قوة الشد من 620-650 الآلام والكروب الذهنية, واستطالة 28%-32%, الذي يلبي تمامًا متطلبات API 5L وGB/T 9711 المعايير. تظهر نتائج اختبار تأثير شاربي أن طاقة امتصاص الصدمات للفولاذ عند -20 درجة مئوية أكبر من 120 ي, مما يشير إلى صلابة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة. تظهر نتائج اختبار الصلابة أن صلابة روكويل (مجلس حقوق الإنسان) من الصلب بين 18 و 22, مع توزيع صلابة موحدة. بالإضافة, آثار عمليات المعالجة الحرارية المختلفة (التطبيع, هدأ) كما تم دراسة البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب. وقد وجد أن درجة الحرارة المناسبة للتطبيع (920-950° c) وتلطيف درجة الحرارة (600-650° c) يمكن زيادة تحسين البنية المجهرية, تحسين نسبة الفريت الحاد, وبالتالي تعزيز الخواص الميكانيكية للصلب. توفر نتائج البحث الأساس النظري والدعم الفني للإنتاج, التطبيق, وتحسين أداء أنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q.

الكلمات الدالة: API 5L X70Q; L485Q; سلس خط أنابيب الصلب; البنية المجهرية; الخصائص الميكانيكية; الفريت الحاد; المعالجة بالحرارة

مع التطور السريع لصناعة الطاقة العالمية, يتزايد الطلب على خطوط أنابيب نقل النفط والغاز لمسافات طويلة. النقل عبر خطوط الأنابيب, كخزنة, فعال, والوسيلة الاقتصادية لنقل الطاقة, أصبحت جزءا هاما من سلسلة إمدادات الطاقة. في بناء خطوط الأنابيب لمسافات طويلة, الصلب خط الأنابيب هو المادة الأساسية, ويؤثر أدائها بشكل مباشر على السلامة, مصداقية, وعمر الخدمة لنظام خطوط الأنابيب. خاصة في بيئات الخدمة القاسية مثل المناطق الباردة, حقول النفط والغاز ذات الضغط العالي, والمناطق البحرية, مطلوب من أنابيب الصلب أن يكون لها خصائص شاملة ممتازة, بما في ذلك قوة عالية, صلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة, المقاومة للتآكل, وقابلية اللحام.

API 5L X70Q/L485Q فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة هو نوع من السبائك المنخفضة عالية القوة (HSLA) صلب, والتي تم تطويرها لتلبية متطلبات بناء خطوط الأنابيب الحديثة لمسافات طويلة. على “س” في الصف يشير إلى أن الفولاذ يتمتع بصلابة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة, مما يجعلها مناسبة للاستخدام في المناطق الباردة حيث يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى -20 درجة مئوية أو حتى أقل. بالمقارنة مع خطوط الأنابيب الفولاذية العادية X70/L485, يتمتع الفولاذ X70Q/L485Q بصلابة أعلى ومقاومة أفضل للكسر الهش, والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال حوادث خطوط الأنابيب الناجمة عن التشققات الهشة ذات درجات الحرارة المنخفضة. بالإضافة, يتجنب الهيكل السلس لفولاذ خطوط الأنابيب X70Q/L485Q عيوب الوصلات الملحومة, زيادة تحسين موثوقية وسلامة خط الأنابيب.

البنية المجهرية لفولاذ خطوط الأنابيب هي العامل الأساسي الذي يحدد خواصه الميكانيكية. لأنابيب الصلب HSLA, النوع, التشكل, الحجم, وتوزيع المكونات المجهرية (مثل الفريت, بينيت, مارتنسيت, والمراحل الثانية) لها تأثير كبير على قوتها, المتانة, والليونة. ولذلك, يعد التحليل المتعمق للبنية المجهرية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q وعلاقته بالخصائص الميكانيكية ذا أهمية كبيرة لتحسين عملية إنتاج الفولاذ, تحسين أدائها, وضمان التشغيل الآمن لخط الأنابيب.

في الوقت الحالي, أجرى العديد من العلماء أبحاثًا حول سلسلة أنابيب الصلب X70/L485. على سبيل المثال, ركزت بعض الدراسات على تأثير عناصر صناعة السبائك على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ X70, ووجدت أن عناصر مثل ملحوظة, V, ويمكن لـ Ti صقل الحبوب وتحسين قوة ومتانة الفولاذ من خلال صقل الحبوب وتقوية الترسيب. وقد بحثت دراسات أخرى تأثير عمليات المعالجة الحرارية على أداء الفولاذ X70, واقترحت معلمات المعالجة الحرارية المثالية للحصول على خصائص شاملة ممتازة. ومع ذلك, هناك عدد قليل نسبيًا من الدراسات المنهجية حول البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q, وخاصة التحليل التفصيلي لبنية الفريت الحلقية وتأثيرها على صلابة درجات الحرارة المنخفضة. بالإضافة, البحث عن العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ X70Q/L485Q تحت ظروف المعالجة الحرارية المختلفة ليس كافياً.

ولذلك, تجري هذه الورقة دراسة شاملة عن البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q. تتم ملاحظة البنية المجهرية للصلب وتحليلها باستخدام OM, من, و تيم. يتم اختبار الخواص الميكانيكية من خلال الشد, تأثير شاربي, واختبارات الصلابة. وتناقش العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية. بالإضافة, تم دراسة تأثيرات عمليات التطبيع والتلطيف على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب لتوفير أساس نظري لإنتاج وتطبيق أنابيب الصلب غير الملحومة X70Q/L485Q.

أجرى الباحثون الأجانب أبحاثًا متعمقة حول فولاذ خطوط الأنابيب عالي القوة مثل X70 منذ الثمانينيات. ركزت الدراسات المبكرة على تطوير أنابيب الصلب ذات السبائك الدقيقة, ووجدت أن إضافة عناصر السبائك الدقيقة مثل Nb, V, و Ti يمكن أن يحسن بشكل كبير قوة ومتانة الفولاذ. على سبيل المثال, يمكن لـ Nb تأخير إعادة تبلور الأوستينيت أثناء الدرفلة على الساخن, صقل الحبوب, وشكل ملحوظة(ج,N) يترسب لتعزيز المصفوفة. يمكن أن يشكل V رواسب VC, والتي لها تأثير تقوية قوي لهطول الأمطار. Ti يمكن أن يشكل رواسب TiN, والتي يمكن أن تمنع نمو حبيبات الأوستينيت أثناء التسخين.

في السنوات الأخيرة, لقد أولى العلماء الأجانب المزيد من الاهتمام للتحكم في البنية المجهرية وتحسين أداء خطوط الأنابيب الفولاذية. اعتمدت بعض الدراسات التدحرج المتحكم فيه والتبريد المتحكم فيه (TMCP) تقنية للحصول على بنية مجهرية دقيقة الحبيبات مكونة من الفريت الحلقي والفريت المضلع, مما يحسن بشكل كبير من صلابة الفولاذ في درجات الحرارة المنخفضة. على سبيل المثال, سميث وآخرون. استخدمت تقنية TMCP لإنتاج فولاذ خطوط الأنابيب X70 مع الفريت الحلقي باعتباره البنية المجهرية الرئيسية, ووصلت طاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية إلى أكثر من 150 ي. بالإضافة, قام الباحثون الأجانب أيضًا بدراسة مقاومة التآكل لفولاذ خطوط الأنابيب X70 في البيئات القاسية مثل ثاني أكسيد الكربون وH₂S, واقترح تدابير مختلفة للحماية من التآكل.

بدأت الأبحاث المحلية على فولاذ خطوط الأنابيب X70/L485 في وقت متأخر نسبيًا, ولكنها تطورت بسرعة. نجحت شركات الصلب المحلية والمؤسسات البحثية في تطوير فولاذ خطوط الأنابيب X70/L485 الذي يلبي المعايير الدولية من خلال البحث والتطوير المستقل والإدخال الفني. ركزت بعض الدراسات على تأثير عناصر صناعة السبائك على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ X70. على سبيل المثال, Li et al. دراسة تأثير محتوى Nb على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لفولاذ خط الأنابيب X70, ووجدت أنه عندما يكون محتوى ملحوظة 0.03%-0.06%, يتمتع الفولاذ بأفضل الخصائص الشاملة. وقد بحثت دراسات أخرى تأثير عمليات المعالجة الحرارية على أداء الفولاذ X70. على سبيل المثال, وانغ وآخرون. دراسة تأثير تطبيع درجة الحرارة على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب X70, ووجدت أن درجة الحرارة الطبيعية المثلى هي 920-950 درجة مئوية.

ومع ذلك, لا تزال هناك بعض أوجه القصور في البحث الحالي. من ناحية, معظم الأشياء البحثية عبارة عن أنابيب فولاذية ملحومة, والأبحاث حول أنابيب الصلب غير الملحومة قليلة نسبيًا. من ناحية أخرى, البحث عن البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ X70Q/L485Q ذو الصلابة الممتازة في درجات الحرارة المنخفضة ليس منهجيًا بما فيه الكفاية, وخاصة التحليل التفصيلي لبنية الفريت الحلقية وتأثيرها على صلابة درجات الحرارة المنخفضة. ولذلك, من الضروري إجراء بحث متعمق حول البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q.

الأهداف الرئيسية لهذه الورقة هي كما يلي: (1) لمراقبة وتحليل البنية المجهرية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q / L485Q باستخدام OM, من, و تيم, وتحديد النوع, التشكل, الحجم, وتوزيع المكونات المجهرية. (2) اختبار الخواص الميكانيكية للصلب من خلال الشد, تأثير شاربي, واختبارات الصلابة, وتقييم أدائها وفقًا لـ API 5L وGB/T 9711 المعايير. (3) مناقشة العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب, وتوضيح دور كل مكون من مكونات البنية المجهرية في تحديد الخواص الميكانيكية. (4) لدراسة آثار عمليات التطبيع والتلطيف على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب, واقتراح معلمات المعالجة الحرارية المثلى.

يشمل نطاق البحث في هذه الورقة: (1) خط أنابيب فولاذي غير ملحوم API 5L X70Q/L485Q كما تم استلامه. (2) الصلب بعد عمليات المعالجة الحرارية المختلفة (التطبيع عند 880-980 درجة مئوية, تصلب عند 550-700 درجة مئوية). (3) تحليل البنية المجهرية للصلب باستخدام OM, من, و تيم. (4) اختبار الخواص الميكانيكية للصلب باستخدام اختبار الشد أحادي المحور, اختبار تأثير شاربي, واختبار الصلابة.

وتنقسم هذه الورقة إلى ستة فصول. الفصل 1 هي المقدمة, الذي يوضح خلفية البحث وأهميته, يلخص حالة البحث في الداخل والخارج, يوضح أهداف البحث ونطاقه, ويقدم هيكل الأطروحة. الفصل 2 يقدم الخصائص المادية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q, بما في ذلك التركيب الكيميائي وعملية الإنتاج. الفصل 3 يصف الطرق التجريبية, بما في ذلك إعداد العينة, طرق مراقبة البنية المجهرية, وطرق اختبار الخواص الميكانيكية. الفصل 4 يحلل البنية المجهرية للصلب المستلم والمعالج بالحرارة. الفصل 5 اختبارات وتحليل الخواص الميكانيكية للصلب, ويناقش العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية. الفصل 6 هو الاستنتاج والاحتمال, والذي يلخص نتائج البحث الرئيسية, ويشير إلى أوجه القصور في البحث, ويتطلع إلى اتجاه البحث المستقبلي.

إن فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q عبارة عن فولاذ منخفض السبائك عالي القوة, ويتم تنظيم تركيبه الكيميائي بشكل صارم بواسطة API 5L وGB/T 9711 المعايير. تم اكتشاف التركيب الكيميائي لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q المستخدم في هذه الدراسة بواسطة مطياف القراءة المباشرة, وتظهر النتائج في الجدول 1 (جزء الشامل, %).

عنصر

ج

الاشتراكية الدولية

مينيسوتا

ف

S

ملحوظة:

V

منظمة الشفافية الدولية

الجمهورية التشيكية

مو

ني

الاتحاد الجمركي

Fe

يحتوى

0.08

0.35

1.60

0.015

0.005

0.045

0.030

0.020

0.15

0.10

0.20

0.10

بال.

حد API 5L

≤0.10

≤0.40

1.20-1.80

≤0.025

≤0.010

0.02-0.06

0.01-0.04

0.01-0.03

≤0.30

≤0.30

≤0.50

≤0.30

بال.

ويمكن رؤيته من الجدول 1 أن التركيب الكيميائي لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q المستخدم في هذه الدراسة يلبي تمامًا متطلبات معيار API 5L. العناصر الرئيسية لصناعة السبائك ووظائفها هي كما يلي:

(1) كربون (ج): الكربون عنصر مهم يعمل على تحسين قوة الفولاذ. يمكن لمحتوى الكربون المناسب أن يزيد من قوة الفولاذ من خلال تقوية المحلول الصلب. ومع ذلك, سيؤدي محتوى الكربون الزائد إلى تقليل صلابة الفولاذ وقابليته للحام. ولذلك, يتم التحكم بشكل صارم في محتوى الكربون للفولاذ X70Q/L485Q أدناه 0.10%.

(2) السيليكون (الاشتراكية الدولية): يعتبر السيليكون مزيلًا للأكسدة ويمكنه أيضًا تحسين قوة الفولاذ من خلال تقوية المحاليل الصلبة. يتم التحكم في محتوى السيليكون للفولاذ X70Q/L485Q بين 0.10% و 0.40%.

(3) المنغنيز (مينيسوتا): يعد المنغنيز عنصرًا مهمًا للأوستين ويمكنه تحسين قوة ومتانة الفولاذ بشكل كبير. يمكن للمنغنيز أيضًا تحسين الحبوب وتحسين صلابة الفولاذ. يتم التحكم في محتوى المنغنيز للفولاذ X70Q/L485Q بين 1.20% و 1.80%.

(4) الفوسفور (ف) و الكبريت (S): الفوسفور والكبريت عناصر شوائب ضارة. الفوسفور سوف يقلل من صلابة الفولاذ, وخاصة صلابة درجات الحرارة المنخفضة, ويسبب هشاشة البرد. سوف يشكل الكبريت شوائب MnS, مما يقلل من ليونة وصلابة الفولاذ ويسبب الهشاشة الساخنة. ولذلك, يتم التحكم بدقة في محتويات الفوسفور والكبريت أدناه 0.025% و 0.010% على التوالي.

(5) النيوبيوم (ملحوظة:), الفاناديوم (V), تيتانيوم (منظمة الشفافية الدولية): هذه هي عناصر microalloying, والتي تلعب دورًا مهمًا في تكرير الحبوب وتحسين قوة ومتانة الفولاذ. يمكن لـ Nb تأخير إعادة تبلور الأوستينيت أثناء الدرفلة على الساخن, صقل الحبوب, وشكل ملحوظة(ج,N) يترسب لتعزيز المصفوفة. يمكن أن يشكل V رواسب VC, والتي لها تأثير تقوية قوي لهطول الأمطار. Ti يمكن أن يشكل رواسب TiN, والتي يمكن أن تمنع نمو حبيبات الأوستينيت أثناء التسخين.

(6) الكروم (الجمهورية التشيكية), الموليبدينوم (مو), النيكل (ني), النحاس (الاتحاد الجمركي): يمكن لهذه العناصر تحسين صلابة الفولاذ ومقاومته للتآكل. الإضافة الصحيحة لهذه العناصر يمكن أن تزيد من تحسين الخصائص الشاملة للفولاذ X70Q/L485Q.

تتضمن عملية إنتاج فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q الصهر بشكل أساسي, يصب, ثقب, المتداول, المعالجة بالحرارة, والتشطيب. عملية الإنتاج المحددة هي كما يلي:

(1) صهر: يتم صهر الفولاذ بواسطة فرن الأكسجين الأساسي (BOF) أو فرن القوس الكهربائي (EAF), ومن ثم صقلها بواسطة فرن مغرفة (LF) والتفريغ فراغ (VD) لتقليل محتوى الشوائب والغازات, وضبط التركيب الكيميائي لتلبية المتطلبات.

(2) يصب: يتم صب الفولاذ المنصهر في قوالب من خلال عملية الصب المستمر. تتميز قوالب الصب المستمر بتركيبة كيميائية موحدة وبنية كثيفة, مما يضع أساسًا جيدًا للمعالجة اللاحقة.

(3) ثقب: يتم تسخين قطع الصب المستمر إلى 1200-1250 درجة مئوية في فرن التسخين, ثم يتم ثقبها في قطع مجوفة بواسطة ثاقب. تعتبر عملية الثقب خطوة مهمة في إنتاج الأنابيب الفولاذية غير الملحومة, الذي يحدد سمك الجدار والقطر الداخلي للقضبان المجوفة.

(4) المتداول: يتم دحرجة الكتل المجوفة إلى أنابيب فولاذية غير ملحومة بالحجم المطلوب بواسطة مطحنة الدرفلة المستمرة أو مطحنة الشياق. أثناء عملية المتداول, يتم التحكم بدقة في درجة الحرارة وسرعة التدحرج لضمان دقة الأبعاد والسطح جودة من الأنابيب الفولاذية.

(5) المعالجة بالحرارة: تخضع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة المدرفلة للمعالجة الحرارية (مثل التطبيع, هدأ) لضبط البنية المجهرية وتحسين الخواص الميكانيكية. عملية المعالجة الحرارية لها تأثير كبير على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ X70Q/L485Q.

(6) التشطيب: تخضع الأنابيب الفولاذية المعالجة بالحرارة لعمليات تشطيب مثل الاستقامة, قطع, والمعالجة السطحية لتلبية متطلبات المنتج النهائي.

إن عملية إنتاج فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q معقدة وتتطلب رقابة صارمة على كل معلمة عملية لضمان جودة من المنتج النهائي. فيما بينها, تعتبر عملية المعالجة الحرارية هي الرابط الرئيسي لضبط البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب.

كانت المادة التجريبية المستخدمة في هذه الدراسة عبارة عن فولاذ أنابيب غير ملحوم API 5L X70Q/L485Q بقطر خارجي قدره 114 مم وسماكة جدار 10 مم. تم قطع العينات من الأنابيب الفولاذية المستلمة والأنابيب الفولاذية بعد عمليات معالجة حرارية مختلفة.

لعينات مراقبة البنية المجهرية: تم تقطيع العينات إلى 10 مم × 10 مم × 5 قطع مم. تم طحن العينات باستخدام 400#, 800#, 1200#, و 2000# ورق الصنفرة بدوره, ثم مصقولة بمعجون تلميع الماس (حجم الجسيمات 1.5 ميكرون), وأخيرا محفورا مع 4% محلول كحول حمض النيتريك 5-10 ثواني. تم تنظيف العينات المحفورة بالكحول وتجفيفها لمراقبة البنية المجهرية.

لعينات اختبار الخواص الميكانيكية: (1) عينات اختبار الشد: تمت معالجة عينات الشد وفقًا لـ GB/T 228.1-2010 القياسية, مع قياس طول 50 مم, قطر قياس 10 مم, وطول إجمالي 150 مم. (2) عينات اختبار تأثير شاربي: تمت معالجة عينات التأثير وفقًا لـ GB/T 229-2020 القياسية, بحجم 10 مم × 10 مم × 55 مم, ودرجة V (عمق الشق 2 مم, زاوية الشق 45 درجة, نصف قطر الجذر 0.25 مم). (3) عينات اختبار الصلابة: تم تقطيع العينات إلى 10 مم × 10 مم × 10 قطع مم, وكان السطح مطحونًا ومصقولًا لضمان سطح أملس.

لعينات المعالجة الحرارية: خضعت العينات المستلمة للمعالجة الحرارية والتطبيع. تم ضبط درجة الحرارة الطبيعية على 880 درجة مئوية, 920° c, 950° c, و 980 درجة مئوية, وكان وقت عقد 30 دقائق, ثم تبريده بالهواء. تم ضبط درجة حرارة التقسية على 550 درجة مئوية, 600° c, 650° c, و 700 درجة مئوية, وكان وقت عقد 60 دقائق, ثم تبريده بالهواء.

وقد تمت ملاحظة البنية المجهرية للعينات باستخدام ثلاثة أنواع من المجاهر:

(1) المجهر الضوئي (عن): تم استخدام المجهر الضوئي أوليمبوس GX71 لمراقبة البنية المجهرية للعينات, وتم قياس حجم الحبوب باستخدام طريقة التقاطع الخطي وفقًا لـ GB/T 6394-2017 القياسية.

(2) المجهر الإلكتروني الماسح (من): زايس سيجما 300 تم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح لمراقبة البنية المجهرية التفصيلية للعينات, مثل مورفولوجية الفريت, بينيت, وجزر M-A, وتوزيع المشتملات. كان الجهد المتسارع 20 كيلو فولت.

(3) المجهر الإلكتروني النافذ (تيم): تم استخدام المجهر الإلكتروني JEOL JEM-2100 لمراقبة البنية المجهرية الدقيقة للعينات, مثل التركيب البلوري للفريت, مورفولوجية وحجم الرواسب, وبنية التفكك. كان الجهد المتسارع 200 كيلو فولت. تم تحضير عينات TEM عن طريق القطع 3 مم × 3 شرائح مم من عينات مراقبة البنية المجهرية, طحنهم إلى سمك 100 ميكرون, ثم اللكم في 3 أقراص قطرها ملم, وأخيرًا التخفيف إلى الشفافية باستخدام جهاز تلميع كهربائي مزدوج النفاث. كان محلول التلميع الكهربائي عبارة عن محلول مختلط من 5% حمض البيركلوريك و 95% الإيثانول, كانت درجة حرارة التلميع -20 درجة مئوية, وكان الجهد تلميع 20 V.

تم اختبار الخواص الميكانيكية للعينات باستخدام الطرق التالية:

(1) اختبار الشد أحادي المحور: تم استخدام آلة الاختبار العالمية Zwick/Roell Z100 لإجراء اختبار الشد في درجة حرارة الغرفة (25° c) مع معدل تحميل 2 مم/دقيقة. تم اختبار ثلاث عينات لكل حالة, وتم أخذ القيمة المتوسطة. قوة الخضوع (σₛ), مقاومة الشد (ᵦ), والاستطالة (د) تم قياسها وفقًا لـ GB/T 228.1-2010 القياسية.

(2) اختبار تأثير شاربي: تم استخدام آلة اختبار التصادم Zwick/Roell HIT50P لإجراء اختبار التصادم Charpy عند درجة حرارة -20 درجة مئوية.. تم اختبار ثلاث عينات لكل حالة, وتم أخذ القيمة المتوسطة. طاقة امتصاص الصدمات (أₖᵥ) تم قياسه وفقًا لـ GB/T 229-2020 القياسية.

(3) اختبار صلابة: تم استخدام جهاز اختبار الصلابة روكويل لإجراء اختبار الصلابة بحمولة من 150 كجم ووقت عقد 15 ثواني. تم أخذ خمس نقاط قياس لكل عينة, وتم أخذ القيمة المتوسطة. صلابة روكويل (مجلس حقوق الإنسان) تم قياسه وفقًا لـ GB/T 230.1-2018 القياسية.

شكل 1 يظهر أوم, من, وصور TEM لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q كما تم استلامها. ويمكن رؤيته من الشكل 1(A) (حول الصورة) أن البنية المجهرية للفولاذ المستلم تتكون من الفريت الحلقي (ل), الفريت المضلع (الجبهة الوطنية), وكمية صغيرة من بينيت (ب). الحبوب جيدة وموحدة, ويبلغ متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 8 ميكرون. الفريت الحاد هو المكون المجهري الرئيسي, المحاسبة عن 65%-70%. يمثل الفريت المضلع حوالي 20%-25%, وحسابات بينيت حوالي 5%-10%.

شكل 1(ب) (صورة ‏‎SEM‎‏) يظهر التشكل التفصيلي للبنية المجهرية. الفريت الحاد له شكل حاد دقيق, والإبر متشابكة مع بعضها البعض, تشكيل بنية شبكة كثيفة. الفريت المضلع له شكل متعدد الأضلاع منتظم, وحدود الحبوب واضحة. بينيت له شكل يشبه اللوح, والشرائح متوازية مع بعضها البعض. بالإضافة, كمية صغيرة من مارتنزيت الأوستينيت (م-أ) يتم ملاحظة الجزر عند حدود الحبوب وبين إبر الفريت الحلقية. جزر M-A صغيرة الحجم, بقطر حوالي 0.5-1 ميكرون.

شكل 1(ج) (صورة تيم) يُظهر البنية المجهرية الدقيقة للفولاذ المستلم. يحتوي الفريت الحاد على مكعب متمركز حول الجسم (نسخة مخفية الوجهة) بنية البلورة, وهناك عدد كبير من الاضطرابات في مصفوفة الفريت. يتم توزيع الاضطرابات بشكل موحد, وهو أمر مفيد لتحسين قوة الفولاذ. بالإضافة, ويلاحظ وجود عدد كبير من الرواسب الدقيقة في مصفوفة الفريت. تكون الرواسب كروية أو بيضاوية الشكل, بحجم حوالي 5-20 نانومتر. يُظهر تحليل EDS أن الرواسب هي بشكل أساسي Nb(ج,N) و رأس المال الاستثماري, وهي منتجات عناصر السبائك الدقيقة. يمكن لهذه الرواسب تثبيت الاضطرابات وحدود الحبوب, صقل الحبوب, وتحسين قوة وصلابة الفولاذ.

يرتبط تكوين البنية المجهرية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q كما تم استلامه ارتباطًا وثيقًا بعملية الإنتاج. أثناء عملية الدرفلة والتبريد, يتحول الأوستينيت إلى الفريت الحاد, الفريت المضلع, وبينيت. عناصر السبائك الدقيقة مثل Nb, V, ويلعب Ti دورًا مهمًا في عملية التحول. ملحوظة: يؤخر إعادة بلورة الأوستينيت, مما يجعل الحبوب الأوستينيت أدق. أثناء عملية التبريد, من السهل تحويل حبيبات الأوستينيت الدقيقة إلى فريت حاد. يشكل V وTi رواسب دقيقة, مما يزيد من صقل الحبوب وتحسين قوة الفولاذ.

شكل 2 يُظهر صور OM لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q / L485Q بعد التطبيع في درجات حرارة مختلفة (880° c, 920° c, 950° c, 980° c) وتبريده بالهواء. ويمكن رؤيته من الشكل 2 أن درجة الحرارة الطبيعية لها تأثير كبير على البنية المجهرية للصلب.

عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 880 درجة مئوية (شكل 2(A)), يتكون الهيكل المجهري للفولاذ من الفريت الحلقي, الفريت المضلع, وكمية صغيرة من بينيت. متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 9 ميكرون. مقارنة مع الفولاذ كما وردت, تنخفض نسبة الفريت الحلقي قليلاً (حول 60%), وتزداد نسبة الفريت المضلع قليلاً (حول 25%). وذلك لأن درجة الحرارة الطبيعية منخفضة نسبيا, لم تنمو حبيبات الأوستينيت بشكل كامل, وتحويل الأوستينيت إلى الفريت الحلقي ليس كافيًا.

عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 920 درجة مئوية (شكل 2(ب)), تتكون البنية المجهرية للفولاذ بشكل أساسي من الفريت الحلقي (حول 75%), مع كمية صغيرة من الفريت المضلع (حول 20%) وبينيت (حول 5%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 7 ميكرون. الفريت الحاد ناعم وكثيف, ودرجة التشابك عالية. وذلك لأن درجة الحرارة الطبيعية مناسبة, تنضج حبيبات الأوستينيت بشكل كامل وموحدة, وتحويل الأوستينيت إلى الفريت الحلقي يكفي. إن بنية الفريت الدقيقة الدقيقة مفيدة لتحسين قوة ومتانة الفولاذ.

عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 950 درجة مئوية (شكل 2(ج)), لا يزال الهيكل المجهري للفولاذ يتكون بشكل أساسي من الفريت الحلقي (حول 70%), مع كمية صغيرة من الفريت المضلع (حول 22%) وبينيت (حول 8%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 8 ميكرون. بالمقارنة مع الفولاذ الطبيعي عند 920 درجة مئوية, تنخفض نسبة الفريت الحلقي قليلاً, ويزداد حجم الحبوب قليلاً. وذلك لأن درجة الحرارة الطبيعية مرتفعة للغاية, تبدأ حبيبات الأوستينيت في النمو, مما يؤدي إلى زيادة حجم الحبوب بعد التحول.

عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 980 درجة مئوية (شكل 2(D)), يتكون الهيكل المجهري للفولاذ من الفريت الحلقي (حول 55%), الفريت المضلع (حول 30%), وبينيت (حول 15%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 12 ميكرون. يزيد حجم الحبوب بشكل ملحوظ, ويصبح هيكل الفريت الحاد خشنًا. وذلك لأن درجة الحرارة الطبيعية مرتفعة للغاية, تنمو حبيبات الأوستينيت بشكل مفرط, مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في حجم الحبوب بعد التحول. سوف تقلل البنية المجهرية الخشنة من قوة الفولاذ وصلابته.

تظهر النتائج المذكورة أعلاه أن درجة حرارة التطبيع المثالية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q هي 920-950 درجة مئوية.. ضمن نطاق درجة الحرارة هذا, يمكن أن يحصل الفولاذ على بنية مجهرية دقيقة وموحدة مع نسبة عالية من الفريت الحلقي, وهو أمر مفيد لتحسين الخواص الميكانيكية للصلب.

شكل 3 يُظهر صور OM لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q / L485Q بعد التطبيع عند 920 درجة مئوية والتلطيف في درجات حرارة مختلفة (550° c, 600° c, 650° c, 700° c) وتبريده بالهواء. ويمكن رؤيته من الشكل 3 أن درجة حرارة التقسية لها أيضًا تأثير كبير على البنية المجهرية للصلب.

عندما تكون درجة حرارة التقسية 550 درجة مئوية (شكل 3(A)), البنية المجهرية للفولاذ تشبه تلك الموجودة في الفولاذ الطبيعي, تتكون بشكل رئيسي من الفريت الحلقي, الفريت المضلع, وكمية صغيرة من بينيت. متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 7 ميكرون. لا يوجد تغيير واضح في البنية المجهرية مقارنة بالفولاذ الطبيعي. وذلك لأن درجة حرارة التخفيف منخفضة نسبيًا, إن استعادة مصفوفة الفريت وإعادة تبلورها ليست كافية, والتحول في المرحلة الثانية ليس واضحا.

عندما تكون درجة حرارة التقسية 600 درجة مئوية (شكل 3(ب)), لا يزال الهيكل المجهري للفولاذ يتكون بشكل أساسي من الفريت الحلقي (حول 72%), مع كمية صغيرة من الفريت المضلع (حول 23%) وبينيت (حول 5%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 7 ميكرون. الفريت الحاد جيد وموحد, ويتم تقليل الاضطرابات في مصفوفة الفريت. وقد لوحظت كمية صغيرة من رواسب السمنتيت عند حدود الحبوب وبين إبر الفريت. تكون رواسب السمنتيت ناعمة وكروية, والتي يمكن أن تحسن صلابة الفولاذ.

عندما تكون درجة حرارة التقسية 650 درجة مئوية (شكل 3(ج)), يتكون الهيكل المجهري للفولاذ من الفريت الحلقي (حول 68%), الفريت المضلع (حول 27%), وكمية صغيرة من بينيت (حول 5%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 8 ميكرون. يبدأ الفريت الحاد في التحلل, وينمو الفريت المضلع قليلاً. وقد لوحظ وجود عدد كبير من رواسب السمنتيت الناعمة في مصفوفة الفريت. يتم توزيع رواسب الأسمنتيت بشكل موحد, والتي يمكن أن تحسن صلابة الفولاذ. ومع ذلك, حجم الحبوب يزيد قليلا, مما قد يقلل من قوة الفولاذ.

عندما تكون درجة حرارة التقسية 700 درجة مئوية (شكل 3(D)), يتكون الهيكل المجهري للفولاذ من الفريت المضلع (حول 50%), الفريت الحاد (حول 40%), وبينيت (حول 10%). متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 10 ميكرون. يتحلل الفريت الحاد بشكل ملحوظ, وينمو الفريت المضلع بشكل واضح. تنمو رواسب الأسمنتيت وتتجمع, تشكيل جزيئات سمنتيت الخشنة. سوف تقلل البنية المجهرية الخشنة وجزيئات الأسمنت الخشنة بشكل كبير من قوة الفولاذ وصلابته.

تظهر النتائج المذكورة أعلاه أن درجة حرارة التقسية المثالية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q بعد التطبيع عند 920 درجة مئوية هي 600-650 درجة مئوية.. ضمن نطاق درجة الحرارة هذا, يمكن أن يحصل الفولاذ على بنية مجهرية دقيقة وموحدة مع نسبة عالية من الفريت الحلقي ورواسب الأسمنت الناعم, وهو أمر مفيد لتحسين الخواص الميكانيكية الشاملة للصلب.

الطاولة 2 يُظهر الخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q كما تم استلامها. ويمكن رؤيته من الجدول 2 أن الفولاذ المستلم يتمتع بخصائص ميكانيكية شاملة ممتازة. قوة الخضوع هي 505 الآلام والكروب الذهنية, قوة الشد هي 635 الآلام والكروب الذهنية, الاستطالة هي 30%, طاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية 135 ي, وصلابة روكويل هي 20 مجلس حقوق الإنسان. جميع هذه المؤشرات تتوافق تمامًا مع متطلبات API 5L وGB/T 9711 المعايير (يتطلب API 5L أن يتمتع الفولاذ X70 بقوة إنتاج تبلغ ≥485 ميجا باسكال, قوة الشد من 600-750 الآلام والكروب الذهنية, استطالة ≥20%, وطاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية تبلغ ≥40 J).

مؤشر الخصائص الميكانيكية	قوة الخضوع σₛ (الآلام والكروب الذهنية)	قوة الشد σᵦ (الآلام والكروب الذهنية)	استطالة δ (%)	طاقة امتصاص الصدمات Aₖᵥ (-20° c, ي)	روكويل صلابة HRC
كما تلقى الصلب	505	635	30	135	20
متطلبات معيار API 5L	≥485	600-750	≥20	≥40	–

إن الخواص الميكانيكية الممتازة لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q ترجع بشكل أساسي إلى بنيتها الدقيقة الدقيقة.. الفريت الحاد, ببنيتها الدقيقة والمتشابكة, يمكن أن يعيق بشكل فعال حركة الاضطرابات, تحسين قوة الفولاذ. وفي الوقت نفسه, يمكن أيضًا لهيكل الفريت الحلقي المتشابك أن يمتص الكثير من الطاقة أثناء عملية الكسر, تحسين صلابة الفولاذ. يترسب غرامة (ملحوظة:(ج,N) و رأس المال الاستثماري) زيادة تحسين قوة الفولاذ من خلال تعزيز هطول الأمطار. الفريت المضلع لديه ليونة جيدة, مما يحسن استطالة الفولاذ.

الطاولة 3 يُظهر الخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q بعد التطبيع في درجات حرارة مختلفة وتبريد الهواء. ويمكن رؤيته من الجدول 3 أن درجة الحرارة الطبيعية لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للصلب.

تطبيع درجة الحرارة (° c)	قوة الخضوع σₛ (الآلام والكروب الذهنية)	قوة الشد σᵦ (الآلام والكروب الذهنية)	استطالة δ (%)	طاقة امتصاص الصدمات Aₖᵥ (-20° c, ي)	روكويل صلابة HRC
880	490	620	31	125	19
920	520	650	32	150	22
950	510	640	31	140	21
980	480	610	28	100	18

عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 880 درجة مئوية, قوة الخضوع, مقاومة الشد, وتكون طاقة امتصاص الصدمات للفولاذ أقل قليلاً من تلك الموجودة في الفولاذ المستلم. وذلك لأن درجة الحرارة الطبيعية منخفضة نسبيا, نسبة الفريت الحاد منخفضة, وحجم الحبوب أكبر قليلاً. عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 920 درجة مئوية, الصلب لديه أعلى قوة العائد (520 الآلام والكروب الذهنية), مقاومة الشد (650 الآلام والكروب الذهنية), وطاقة امتصاص الصدمات (150 ي). وذلك لأن الفولاذ يحتوي على بنية مجهرية دقيقة وموحدة مع نسبة عالية من الفريت الحلقي, والتي يمكن أن تحسن بشكل فعال قوة وصلابة الفولاذ. عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 950 درجة مئوية, قوة الخضوع, مقاومة الشد, وطاقة امتصاص الصدمات للفولاذ أقل قليلاً من تلك الخاصة بالفولاذ الذي تم تطبيعه عند 920 درجة مئوية. وذلك لأن حجم الحبوب يزيد قليلاً, وتنخفض نسبة الفريت الحلقي قليلاً. عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 980 درجة مئوية, قوة الخضوع, مقاومة الشد, وتنخفض طاقة امتصاص الصدمات للفولاذ بشكل ملحوظ. وذلك لأن حجم الحبوب يزداد بشكل ملحوظ, ويصبح هيكل الفريت الحاد خشنًا, مما يقلل من قوة وصلابة الفولاذ.

الطاولة 4 يُظهر الخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q بعد التطبيع عند 920 درجة مئوية والتلطيف في درجات حرارة مختلفة وتبريد الهواء. ويمكن رؤيته من الجدول 4 أن درجة حرارة التقسية لها أيضًا تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للصلب.

هدأ درجة الحرارة (° c)	قوة الخضوع σₛ (الآلام والكروب الذهنية)	قوة الشد σᵦ (الآلام والكروب الذهنية)	استطالة δ (%)	طاقة امتصاص الصدمات Aₖᵥ (-20° c, ي)	روكويل صلابة HRC
550	515	645	31	145	21
600	510	635	33	160	20
650	500	625	32	155	19
700	470	590	29	110	17

عندما تكون درجة حرارة التقسية 550 درجة مئوية, تشبه الخواص الميكانيكية للفولاذ تلك الخاصة بالفولاذ الطبيعي. وذلك لأن درجة حرارة التخفيف منخفضة نسبيًا, إن استعادة مصفوفة الفريت وإعادة تبلورها ليست كافية, والتحول في المرحلة الثانية ليس واضحا. عندما تكون درجة حرارة التقسية 600 درجة مئوية, الفولاذ لديه أعلى استطالة (33%) وطاقة امتصاص الصدمات (160 ي). وذلك لأن درجة الحرارة المناسبة, يتم تقليل الاضطرابات في مصفوفة الفريت, ويتكون عدد كبير من رواسب السمنتيت الناعمة. يمكن لرواسب الأسمنت الناعمة أن تحسن من صلابة الفولاذ, واستعادة مصفوفة الفريت يمكن أن تحسن ليونة الفولاذ. عندما تكون درجة حرارة التقسية 650 درجة مئوية, قوة الخضوع, مقاومة الشد, استطالة, وطاقة امتصاص الصدمات للفولاذ أقل قليلاً من تلك الموجودة في الفولاذ المقسى عند 600 درجة مئوية. وذلك لأن حجم الحبوب يزيد قليلاً, وتبدأ رواسب السمنتيت في النمو. عندما تكون درجة حرارة التقسية 700 درجة مئوية, قوة الخضوع, مقاومة الشد, استطالة, وتنخفض طاقة امتصاص الصدمات للفولاذ بشكل ملحوظ. وذلك لأن الفريت الحاد يتحلل بشكل كبير, ينمو الفريت المضلع بشكل واضح, وتنمو رواسب السمنتيت وتتجمع, مما يقلل من قوة وصلابة الفولاذ.

يتم تحديد الخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q بطبيعتها من خلال بنيتها المجهرية. بناءً على التحليل أعلاه للبنية المجهرية والخواص الميكانيكية, ويمكن تلخيص العلاقة بينهما على النحو التالي:

أولاً, الفريت الحاد (ل) هو المكون المجهري الأساسي الذي يؤثر على الخواص الميكانيكية الشاملة للصلب. يمكن لبنية الفريت الدقيقة والمتشابكة أن تعيق بشكل كبير حركة الاضطرابات أثناء عملية الشد, وبالتالي تحسين قوة الخضوع وقوة الشد للصلب من خلال تقوية الخلع. في أثناء, أثناء عملية التأثير, يمكن للفريت الحلقي المتشابك أن يمنع بشكل فعال انتشار الشقوق - تحتاج الشقوق إلى تجاوز إبر الفريت الحلقي عند التمدد, الذي يستهلك كمية كبيرة من الطاقة, وبالتالي تحسين كبير في صلابة الفولاذ في درجات الحرارة المنخفضة. كلما زادت نسبة الفريت الحاد, كلما كان حجم الحبوب أصغر, وكلما كانت الخواص الميكانيكية الشاملة للصلب أفضل. على سبيل المثال, عندما يتم تطبيع الفولاذ عند 920 درجة مئوية, تصل نسبة الفريت الحاد إلى حوالي 75%, وقوة الخضوع المقابلة, مقاومة الشد, وطاقة امتصاص الصدمات تصل جميعها إلى القيم القصوى, الذي يتحقق بشكل كامل من الدور المهيمن للفريت الحاد.

ثانيًا, الفريت المضلع (الجبهة الوطنية) له تأثير إيجابي على ليونة الفولاذ. الفريت المضلع له شكل متعدد الأضلاع منتظم وعدد أقل من الاضطرابات في الداخل, لذلك لديها ليونة جيدة. يمكن لنسبة مناسبة من الفريت المضلع أن تحسن استطالة الفولاذ, جعل الفولاذ يتمتع بقدرة أفضل على تشوه البلاستيك. ومع ذلك, إذا كانت نسبة الفريت المضلع عالية جدًا, ستنخفض قوة الفولاذ. على سبيل المثال, عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 980 درجة مئوية, تزداد نسبة الفريت المضلع إلى حوالي 30%, وتنخفض قوة الخضوع وقوة الشد للصلب بشكل ملحوظ 480 الآلام والكروب الذهنية و 610 ميغاباسكال على التوالي.

ثالثا, بينيت (ب) والمارتنسيت-الأوستينيت (م-أ) الجزر لها تأثير مزدوج على الخواص الميكانيكية للصلب. يمكن لكمية صغيرة من الباينيت تحسين قوة الفولاذ بسبب هيكل اللوح الكثيف. ومع ذلك, سوف يقلل الباينيت المفرط من صلابة الفولاذ لأن هيكل اللوح من السهل أن يسبب تركيز الإجهاد. جزر M-A هي مراحل صعبة وهشة. يمكن لكمية صغيرة من جزر M-A الدقيقة تحسين قوة الفولاذ من خلال تقوية التشتت, أما إذا كانت جزر M-A خشنة أو موزعة بشكل مركز, سوف تصبح مصدر الشقوق أثناء عملية التأثير, يقلل بشكل كبير من صلابة الفولاذ في درجات الحرارة المنخفضة. في الفولاذ المستلم والصلب بعد المعالجة الحرارية المثلى, يتم التحكم في محتوى بينيت أدناه 5%-10%, وجزر M-A جيدة وموزعة بشكل موحد, حتى لا يكون لها تأثير سلبي على صلابة الفولاذ.

رابعا, رواسب دقيقة (ملحوظة:(ج,N), VC) تلعب دورا هاما في تعزيز هطول الأمطار. عناصر السبائك الدقيقة ملحوظة, V, وTi في الفولاذ يشكل رواسب دقيقة أثناء عمليات الإنتاج والمعالجة الحرارية. هذه الرواسب كروية أو بيضاوية, بحجم حوالي 5-20 نانومتر, ويمكن تثبيت الاضطرابات وحدود الحبوب. من ناحية, فهي تمنع حركة الخلعات, تحسين قوة الفولاذ; من ناحية أخرى, فهي تمنع نمو الحبوب, تحسين حجم الحبوب, وبالتالي تحسين صلابة الفولاذ. تظهر نتائج مراقبة TEM أن الرواسب في الفولاذ المستلم والصلب بعد المعالجة الحرارية المثالية تكون جيدة وموزعة بشكل موحد, وهو سبب مهم للخصائص الميكانيكية الشاملة الممتازة للصلب.

أخيراً, حجم الحبوب له تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للصلب. وفقا لصيغة هول-بيتش, تتناسب قوة الفولاذ عكسًا مع الجذر التربيعي لحجم الحبوب - كلما كان حجم الحبوب أصغر, كلما زادت قوة الفولاذ. وفي الوقت نفسه, يمكن للحبوب الدقيقة أيضًا تحسين صلابة الفولاذ لأن حدود الحبوب يمكن أن تعيق انتشار الشقوق. على سبيل المثال, عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 920 درجة مئوية, يبلغ متوسط ​​حجم حبيبات الفولاذ حوالي 7 ميكرون, وهو الأصغر بين جميع شروط الاختبار, والخواص الميكانيكية المقابلة هي الأفضل. عندما تكون درجة الحرارة الطبيعية 980 درجة مئوية, يزداد متوسط ​​حجم الحبوب إلى 12 ميكرون, وتنخفض الخواص الميكانيكية للفولاذ بشكل ملحوظ.

لفهم آلية الكسر لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q وعلاقتها بالبنية المجهرية, تمت ملاحظة مورفولوجيا الكسر لعينات تأثير الشد والشاربي بواسطة SEM. شكل 4 يُظهر شكل كسر SEM للصلب المستلم والصلب بعد المعالجة الحرارية في درجات حرارة مختلفة.

شكل 4(A) يُظهر مورفولوجيا كسر الشد للصلب المستلم. ويمكن ملاحظة أن سطح الكسر يتكون من عدد كبير من الدمامل ذات الأحجام المختلفة, ويتم توزيع الدمامل بشكل موحد. يوجد أيضًا عدد صغير من التلال المسيلة للدموع بين الدمامل. هذا هو مورفولوجيا كسر الدكتايل نموذجي, مما يشير إلى أن الفولاذ المستلم لديه ليونة جيدة. تشكيل الدمامل يرجع إلى النواة, نمو, والتحام الفراغات أثناء عملية الشد. توفر البنية المجهرية الدقيقة للفولاذ المستلم المزيد من مواقع النواة للفراغات, ويمكن للبنية الفريتية المتشابكة أن تعيق نمو واندماج الفراغات, وبالتالي تشكيل عدد كبير من الدمامل الدقيقة.

شكل 4(ب) يُظهر شكل كسر الشد للصلب عند درجة حرارة 920 درجة مئوية. مقارنة مع الفولاذ كما وردت, تكون الدمامل الموجودة على سطح الكسر أدق وأكثر تجانسًا, ويزداد عدد التلال المسيل للدموع. يشير هذا إلى أن الفولاذ الذي تم تطبيعه عند 920 درجة مئوية لديه ليونة أفضل وقوة شد أعلى. يوفر هيكل الفريت الدقيق في الفولاذ المزيد من مواقع النواة للفراغات, والرواسب الدقيقة تثبت الخلع, مما يجعل نمو الفراغ والتحام أكثر صعوبة, وبالتالي تشكل غمازات أدق.

شكل 4(ج) يُظهر شكل كسر الشد للصلب عند درجة حرارة 980 درجة مئوية. ويمكن ملاحظة أن الدمامل الموجودة على سطح الكسر تكون خشنة وموزعة بشكل غير متساو, وهناك عدد صغير من طائرات الانقسام. يشير هذا إلى أن الفولاذ الذي تم تطبيعه عند 980 درجة مئوية لديه ليونة ضعيفة, ونمط الكسر عبارة عن كسر مختلط من الليونة والهشاشة. البنية المجهرية الخشنة للفولاذ تجعل الفراغات سهلة النمو والتجمع أثناء عملية الشد, ومن السهل أن يحدث تركيز الإجهاد عند حدود الحبوب, مما يؤدي إلى توليد طائرات الانقسام.

شكل 4(D) يُظهر مورفولوجيا كسر تأثير شاربي للصلب المستلم عند -20 درجة مئوية. يتكون سطح الكسر من عدد كبير من الدمامل الدقيقة والحواف المسيل للدموع, بدون طائرات انقسام واضحة. هذا هو مورفولوجيا كسر الدكتايل نموذجي, مما يشير إلى أن الفولاذ المستلم يتمتع بصلابة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة. أثناء عملية التأثير, يمكن لهيكل الفريت المتشابك أن يمتص الكثير من الطاقة, وتتنوى الفراغات وتنمو في مصفوفة الفريت, مما يؤدي إلى كسر اللدنة.

شكل 4(البريد) يُظهر مورفولوجيا كسر تأثير شاربي للفولاذ المقسى عند 600 درجة مئوية بعد التطبيع عند 920 درجة مئوية. يتكون سطح الكسر من غمازات أدق من الفولاذ المستلم, والتوزيع أكثر اتساقا. يشير هذا إلى أن الفولاذ المقسى عند 600 درجة مئوية يتمتع بصلابة أفضل في درجات الحرارة المنخفضة. يمكن أن تعمل رواسب الأسمنت الناعمة المتكونة أثناء عملية التقسية على تحسين صلابة الفولاذ عن طريق تثبيت عمليات الخلع وإعاقة انتشار الشقوق. وفي الوقت نفسه, إن استعادة مصفوفة الفريت يقلل من كثافة الخلع, مما يجعل من السهل تشويه الفولاذ بشكل بلاستيكي أثناء عملية التأثير, وبالتالي تشكل غمازات أدق.

شكل 4(F) يُظهر مورفولوجيا كسر تأثير شاربي للفولاذ المقسى عند 700 درجة مئوية بعد التطبيع عند 920 درجة مئوية. يحتوي سطح الكسر على مستويات انقسام واضحة وعدد صغير من الدمامل الخشنة. يشير هذا إلى أن الفولاذ المقسى عند درجة حرارة 700 درجة مئوية يتمتع بصلابة ضعيفة عند درجات الحرارة المنخفضة, ونمط الكسر عبارة عن كسر مختلط من الليونة والهشاشة. يؤدي تحلل الفريت الحاد ونمو الفريت المضلع أثناء عملية التقسية إلى جعل البنية المجهرية خشنة, ويترسب السمنتيت الخشن عند حدود الحبوب, مما يؤدي إلى تركيز التوتر. أثناء عملية التأثير, تبدأ الشقوق وتنتشر بسهولة على طول حدود الحبوب ومستويات الانقسام, مما يؤدي إلى كسر هش.

يتحقق تحليل مورفولوجيا الكسر أيضًا من العلاقة بين البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q. بنية مجهرية دقيقة وموحدة (نسبة عالية من الفريت الحاد, الحبوب الدقيقة, رواسب دقيقة) يؤدي إلى وضع كسر مطيل مع غمازات دقيقة وموحدة, المقابلة للخصائص الميكانيكية الشاملة الممتازة. على العكس تماما, بنية مجهرية خشنة (نسبة منخفضة من الفريت الحاد, الحبوب الخشنة, رواسب خشنة) يؤدي إلى وضع كسر مختلط من الليونة والهشاشة مع الدمامل الخشنة ومستويات الانقسام, المقابلة للخصائص الميكانيكية السيئة.

في هذه الورقة, تم إجراء دراسة شاملة عن البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q باستخدام OM, من, تيم, اختبار الشد, اختبار تأثير شاربي, اختبار صلابة, وتحليل مورفولوجية الكسر. الاستنتاجات الرئيسية هي كما يلي:

(1) تتكون البنية المجهرية لفولاذ خط الأنابيب غير الملحوم API 5L X70Q/L485Q كما هو مستلم بشكل أساسي من الفريت الحلقي (ل, 65%-70%), الفريت المضلع (الجبهة الوطنية, 20%-25%), وكمية صغيرة من بينيت (ب, 5%-10%) والمارتنسيت-الأوستينيت (م-أ) جزر. متوسط ​​حجم الحبوب حوالي 8 ميكرون. عدد كبير من الرواسب الدقيقة (ملحوظة:(ج,N) و رأس المال الاستثماري, 5-20 نانومتر) يتم توزيعها بشكل موحد في مصفوفة الفريت. يتمتع الفولاذ المستلم بخصائص ميكانيكية شاملة ممتازة: مقاومة الخضوع 505 الآلام والكروب الذهنية, مقاومة الشد 635 الآلام والكروب الذهنية, استطالة 30%, طاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية 135 ي, وصلابة روكويل 20 مجلس حقوق الإنسان, والتي تلبي تمامًا متطلبات API 5L وGB/T 9711 المعايير.

(2) إن تطبيع درجة الحرارة له تأثير كبير على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب. مع زيادة درجة الحرارة الطبيعية من 880 درجة مئوية إلى 980 درجة مئوية, تزداد نسبة الفريت الحلقي أولاً ثم تنخفض, وحجم الحبوب يتناقص أولا ثم يزيد. درجة الحرارة الطبيعية المثالية هي 920-950 درجة مئوية. في نطاق درجة الحرارة هذا, يحصل الفولاذ على بنية مجهرية دقيقة وموحدة مع نسبة عالية من الفريت الحلقي (70%-75%) ومتوسط ​​حجم الحبوب 7-8 ميكرون. الخواص الميكانيكية المقابلة هي الأفضل: مقاومة الخضوع 510-520 الآلام والكروب الذهنية, مقاومة الشد 640-650 الآلام والكروب الذهنية, استطالة 31%-32%, طاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية 140-150 ي, وصلابة روكويل 21-22 مجلس حقوق الإنسان.

(3) درجة حرارة التقسية لها أيضًا تأثير كبير على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ الذي تم تطبيعه عند 920 درجة مئوية. مع زيادة درجة حرارة التقسية من 550 درجة مئوية إلى 700 درجة مئوية, يتحلل الفريت الحلقي تدريجياً, ينمو الفريت المضلع, ويترسب السمنتيت أولا ثم يصقل. درجة الحرارة المثلى للتلطيف هي 600-650 درجة مئوية. في نطاق درجة الحرارة هذا, يحافظ الفولاذ على نسبة عالية من الفريت الحلقي (68%-72%) ورواسب السمنتيت الناعمة. الخصائص الميكانيكية المقابلة ممتازة: مقاومة الخضوع 500-510 الآلام والكروب الذهنية, مقاومة الشد 625-635 الآلام والكروب الذهنية, استطالة 32%-33%, طاقة امتصاص الصدمات عند -20 درجة مئوية 155-160 ي, وصلابة روكويل 19-20 مجلس حقوق الإنسان.

(4) يتم تحديد الخواص الميكانيكية الشاملة لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q بشكل أساسي حسب النوع, حَجم, وحجم الحبوب من المكونات المجهرية. الفريت الحاد هو العامل الرئيسي في تحسين قوة ومتانة الفولاذ; يعمل الفريت المضلع على تحسين ليونة الفولاذ; رواسب دقيقة (ملحوظة:(ج,N) و رأس المال الاستثماري) تعزيز قوة الفولاذ من خلال تعزيز هطول الأمطار; تعمل الحبوب الدقيقة على تحسين قوة ومتانة الفولاذ. بنية مجهرية دقيقة وموحدة تحتوي على نسبة عالية من الفريت الحلقي, الحبوب الدقيقة, والرواسب الدقيقة تؤدي إلى خواص ميكانيكية شاملة ممتازة.

(5) إن وضع الكسر لفولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q ذو الخواص الميكانيكية الممتازة هو كسر مطاوع, ويتكون سطح الكسر من غمازات دقيقة وموحدة. للصلب ذو الخواص الميكانيكية الضعيفة بسبب البنية المجهرية الخشنة, وضع الكسر هو كسر مختلط من الليونة والهشاشة, ويكون لسطح الكسر غمازات خشنة ومستويات انقسام.

على الرغم من أن هذه الورقة قد حققت نتائج بحثية متعمقة حول البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q, ولا تزال هناك بعض الجوانب التي تحتاج إلى مزيد من الدراسة في المستقبل:

(1) التوسع في الأبحاث المتعلقة بالبيئة الخدمية. يدرس هذا البحث بشكل رئيسي البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب تحت درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المنخفضة (-20° c) شروط. ومع ذلك, غالبًا ما يتم استخدام فولاذ خطوط الأنابيب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q في بيئات الخدمة القاسية مثل الضغط العالي, تآكل (co₂, h₂s), ودرجة الحرارة بالتناوب. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على تطور البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب في ظل بيئات الخدمة القاسية هذه, ودراسة مقاومة التآكل وخصائص الكلال للصلب, وذلك لتوفير أساس نظري أكثر شمولاً للتشغيل الآمن لخط الأنابيب.

(2) البحث في تقنيات المعالجة الحرارية المتقدمة. يدرس هذا البحث بشكل أساسي تأثيرات عمليات التطبيع والتلطيف على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للصلب. مع تطور تكنولوجيا المعالجة الحرارية, تقنيات المعالجة الحرارية المتقدمة مثل التبريد والتلطيف (س&T), المتداول المتحكم فيه والتبريد المتحكم فيه (TMCP), وقد تم استخدام التبريد متساوي الحرارة على نطاق واسع في إنتاج أنابيب الصلب. يمكن للأبحاث المستقبلية التحقق من تأثيرات تقنيات المعالجة الحرارية المتقدمة هذه على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q, واستكشاف المزيد من عمليات المعالجة الحرارية المثالية لتحسين أداء الفولاذ.

(3) بحث عن آلية عناصر السبائك الدقيقة. تحلل هذه الورقة باختصار دور عناصر السبائك الدقيقة مثل Nb, V, و تي. يمكن أن تستخدم الأبحاث المستقبلية حسابات المبادئ الأولى ومحاكاة مجال الطور لدراسة آلية التفاعل بين عناصر السبائك الدقيقة والمصفوفة بعمق, آلية التنوي والنمو للرواسب, وتأثير عناصر السبائك الدقيقة على عملية تحويل الطور, وذلك لتوفير أساس نظري لتصميم وتحسين التركيب الكيميائي للصلب.

(4) تطبيق تكنولوجيا التصنيع الذكية. يمكن للأبحاث المستقبلية إدخال الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة في عملية إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q. من خلال بناء نموذج تنبؤي للبنية المجهرية والخواص الميكانيكية بناءً على معلمات عملية الإنتاج, يمكن تحقيق المراقبة في الوقت الحقيقي وتحسين عملية الإنتاج, مما سيؤدي إلى تحسين كفاءة الإنتاج والمنتج جودة استقرار الفولاذ.

(5) بحث حول قابلية اللحام. على الرغم من أن أنابيب الصلب غير الملحومة تتجنب عيوب الوصلات الملحومة, لا تزال بحاجة إلى اللحام أثناء بناء خط الأنابيب. يمكن للأبحاث المستقبلية دراسة قابلية اللحام لأنابيب الصلب غير الملحومة API 5L X70Q/L485Q, تحليل البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لمنطقة اللحام والمتأثرة بالحرارة (المخاطر), واقتراح عمليات اللحام المثالية لضمان جودة اللحام والأداء العام لخط الأنابيب.