Riepilogo: L'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è ampiamente utilizzato nella costruzione di condotte per il trasporto di petrolio e gas a lunga distanza grazie alla sua eccellente tenacità alle basse temperature, molta forza, e resistenza alla corrosione. In questo documento, è stata effettuata un'analisi completa della microstruttura e delle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q mediante microscopia ottica (DI), Microscopia elettronica a scansione (Chi), Microscopia elettronica a trasmissione (TEM), Prova di trazione uniassiale, Prova di impatto Charpy, e prova di durezza. I risultati mostrano che la microstruttura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è composta principalmente da ferrite aciculare (DI), ferrite poligonale (PF), e una piccola quantità di bainite (B) e martensite-austenite (MA) isole. La ferrite aciculare, con la sua struttura fine e ad incastro, è il fattore chiave che contribuisce alle eccellenti proprietà meccaniche globali dell'acciaio. I risultati della prova di trazione indicano che l'acciaio ha una resistenza allo snervamento di 490-520 MPa, una resistenza alla trazione di 620-650 MPa, e un allungamento di 28%-32%, che soddisfa pienamente i requisiti API 5L e GB/T 9711 standard. I risultati del test di impatto Charpy mostrano che l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio a -20℃ è maggiore di 120 J, indicando un'eccellente tenacità a bassa temperatura. I risultati del test di durezza mostrano che la durezza Rockwell (HRC) dell'acciaio è tra 18 e 22, con distribuzione uniforme della durezza. Inoltre, gli effetti dei diversi processi di trattamento termico (Normalizzare, Temperamento) sono state inoltre studiate la microstruttura e le proprietà meccaniche dell'acciaio. Si è constatato che la temperatura di normalizzazione è appropriata (920-950℃) e temperatura di rinvenimento (600-650℃) può affinare ulteriormente la microstruttura, migliorare la proporzione di ferrite aciculare, e quindi migliorare le proprietà meccaniche dell'acciaio. I risultati della ricerca forniscono una base teorica e un supporto tecnico per la produzione, Applicazione, e ottimizzazione delle prestazioni dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q.

Parole chiave: API5L X70Q; L485Q; acciaio per tubazioni senza saldatura; microstruttura; Proprietà meccaniche; ferrite aciculare; trattamento termico

Con il rapido sviluppo del settore energetico globale, la domanda di oleodotti e gasdotti a lunga distanza è in aumento. Trasporto tramite conduttura, come una cassaforte, efficiente, ed economica modalità di trasporto dell’energia, è diventata una parte importante della catena di approvvigionamento energetico. Nella costruzione di condotte a lunga distanza, l'acciaio della pipeline è il materiale principale, e le sue prestazioni influiscono direttamente sulla sicurezza, affidabilità, e la durata di servizio del sistema di tubazioni. Soprattutto in ambienti di servizio difficili come le regioni fredde, giacimenti di petrolio e gas ad alta pressione, e aree marine, è necessario che l'acciaio per tubazioni abbia eccellenti proprietà globali, compresa l'alta resistenza, buona tenacità alle basse temperature, Resistenza alla corrosione, e saldabilità.

L'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è un tipo di bassolegato ad alta resistenza (HSLA) In acciaio, che è stato sviluppato per soddisfare i requisiti della moderna costruzione di condotte a lunga distanza. Il “Q” nel grado indica che l'acciaio ha un'eccellente tenacità alle basse temperature, che lo rende adatto per l'uso in regioni fredde dove la temperatura può scendere fino a -20 ℃ o anche inferiore. Rispetto al normale acciaio per tubazioni X70/L485, L'acciaio X70Q/L485Q ha una maggiore tenacità e una migliore resistenza alla frattura fragile, che può prevenire efficacemente gli incidenti nelle condutture causati da crepe fragili a bassa temperatura. Inoltre, la struttura senza giunzioni dell'acciaio per tubazioni X70Q/L485Q evita i difetti dei giunti saldati, migliorando ulteriormente l’affidabilità e la sicurezza del gasdotto.

La microstruttura dell'acciaio per tubazioni è il fattore fondamentale che ne determina le proprietà meccaniche. Per acciaio per tubazioni HSLA, il tipo, morfologia, Dimensioni, e distribuzione dei componenti microstrutturali (come la ferrite, bainite, martensite, e seconde fasi) avere un impatto significativo sulla sua forza, tenacità, e duttilità. Quindi, l'analisi approfondita della microstruttura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q e la sua relazione con le proprietà meccaniche sono di grande importanza per l'ottimizzazione del processo di produzione dell'acciaio, migliorandone le prestazioni, e garantire il funzionamento sicuro del gasdotto.

Attualmente, molti studiosi hanno effettuato ricerche sull’acciaio per tubazioni serie X70/L485. Per esempio, Alcuni studi si sono concentrati sull'effetto degli elementi di lega sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio X70, e ha scoperto che elementi come Nb, V, e il Ti può affinare i grani e migliorare la resistenza e la tenacità dell'acciaio attraverso l'affinamento dei grani e il rafforzamento delle precipitazioni. Altri studi hanno studiato l'influenza dei processi di trattamento termico sulle prestazioni dell'acciaio X70, e ha proposto parametri ottimali di trattamento termico per ottenere eccellenti proprietà complete. tuttavia, esistono relativamente pochi studi sistematici sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q, in particolare l'analisi dettagliata della struttura aciculare della ferrite e il suo effetto sulla tenacità a bassa temperatura. Inoltre, la ricerca sulla correlazione tra microstruttura e proprietà meccaniche dell'acciaio X70Q/L485Q in diverse condizioni di trattamento termico non è sufficiente.

Quindi, questo documento conduce uno studio completo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q. La microstruttura dell'acciaio viene osservata e analizzata utilizzando OM, Chi, e TEM. Le proprietà meccaniche sono testate mediante trazione, Impatto Charpy, e prove di durezza. Viene discussa la relazione tra microstruttura e proprietà meccaniche. Inoltre, vengono studiati gli effetti dei processi di normalizzazione e rinvenimento sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per fornire una base teorica per la produzione e l'applicazione dell'acciaio per tubazioni senza saldatura X70Q/L485Q.

Studiosi stranieri hanno condotto ricerche approfondite sull'acciaio per tubazioni ad alta resistenza come l'X70 sin dagli anni '80. I primi studi si concentravano sullo sviluppo di acciaio per tubazioni microlegato, e ha scoperto che l'aggiunta di elementi di microlega come Nb, V, e Ti possono migliorare significativamente la resistenza e la tenacità dell'acciaio. Per esempio, Nb può ritardare la ricristallizzazione dell'austenite durante la laminazione a caldo, raffinare i cereali, e formare Nb(C,N) precipita per rafforzare la matrice. V può formare precipitati VC, che hanno un forte effetto di rafforzamento delle precipitazioni. Il Ti può formare precipitati di TiN, che può impedire la crescita dei grani di austenite durante il riscaldamento.

Negli ultimi anni, studiosi stranieri hanno prestato maggiore attenzione al controllo della microstruttura e all'ottimizzazione delle prestazioni dell'acciaio per condotte. Alcuni studi hanno adottato la laminazione controllata e il raffreddamento controllato (TMCP) tecnologia per ottenere una microstruttura a grana fine composta da ferrite aciculare e ferrite poligonale, che migliora significativamente la tenacità dell'acciaio alle basse temperature. Per esempio, Smith et al. ha utilizzato la tecnologia TMCP per produrre acciaio per tubazioni X70 con ferrite aciculare come microstruttura principale, e l'energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ ha raggiunto più di 150 J. Inoltre, studiosi stranieri hanno anche studiato la resistenza alla corrosione dell'acciaio per tubazioni X70 in ambienti difficili come CO₂ e H₂S, e ha proposto varie misure di protezione dalla corrosione.

La ricerca nazionale sull’acciaio per tubazioni X70/L485 è iniziata relativamente tardi, ma si è sviluppato rapidamente. Le imprese siderurgiche nazionali e gli istituti di ricerca hanno sviluppato con successo l'acciaio per tubazioni X70/L485 che soddisfa gli standard internazionali attraverso ricerca e sviluppo indipendenti e introduzione tecnica. Alcuni studi si sono concentrati sull'effetto degli elementi di lega sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio X70. Per esempio, Li et al. ha studiato l'effetto del contenuto di Nb sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni X70, e ho scoperto che quando il contenuto Nb è 0.03%-0.06%, l'acciaio ha le migliori proprietà complete. Altri studi hanno studiato l'influenza dei processi di trattamento termico sulle prestazioni dell'acciaio X70. Per esempio, Wang et al. ha studiato l'effetto della normalizzazione della temperatura sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio X70, e ha scoperto che la temperatura di normalizzazione ottimale è 920-950 ℃.

tuttavia, ci sono ancora alcune carenze nella ricerca attuale. Da un lato, la maggior parte degli oggetti di ricerca sono tubi in acciaio saldato, e la ricerca sull’acciaio per tubazioni senza saldatura è relativamente scarsa. D'altra parte, la ricerca sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio X70Q/L485Q con eccellente tenacità a bassa temperatura non è sufficientemente sistematica, in particolare l'analisi dettagliata della struttura aciculare della ferrite e il suo effetto sulla tenacità a bassa temperatura. Quindi, è necessario condurre ricerche approfondite sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q.

Gli obiettivi principali di questo documento sono i seguenti: (1) Osservare e analizzare la microstruttura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q utilizzando OM, Chi, e TEM, e determinare il tipo, morfologia, Dimensioni, e distribuzione dei componenti microstrutturali. (2) Per testare le proprietà meccaniche dell'acciaio mediante trazione, Impatto Charpy, e prove di durezza, e valutarne le prestazioni secondo API 5L e GB/T 9711 standard. (3) Discutere la relazione tra microstruttura e proprietà meccaniche dell'acciaio, e chiarire il ruolo di ciascun componente microstrutturale nel determinare le proprietà meccaniche. (4) Studiare gli effetti dei processi di normalizzazione e rinvenimento sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio, e proporre parametri ottimali di trattamento termico.

L'ambito di ricerca di questo documento include: (1) L'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q così come ricevuto. (2) L'acciaio dopo diversi processi di trattamento termico (normalizzazione a 880-980℃, rinvenimento a 550-700 ℃). (3) L'analisi microstrutturale dell'acciaio mediante OM, Chi, e TEM. (4) La prova delle proprietà meccaniche dell'acciaio mediante prova di trazione uniassiale, Prova di impatto Charpy, e prova di durezza.

Questo documento è diviso in sei capitoli. Capitolo 1 è l'introduzione, che approfondisce il contesto e il significato della ricerca, riassume lo stato della ricerca in patria e all'estero, chiarisce gli obiettivi e la portata della ricerca, e introduce la struttura della tesi. Capitolo 2 introduce le caratteristiche del materiale dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q, compresa la sua composizione chimica e il processo di produzione. Capitolo 3 descrive i metodi sperimentali, compresa la preparazione del campione, Metodi di osservazione della microstruttura, e metodi di prova delle proprietà meccaniche. Capitolo 4 analizza la microstruttura dell'acciaio così ricevuto e trattato termicamente. Capitolo 5 testa e analizza le proprietà meccaniche dell'acciaio, e discute la relazione tra microstruttura e proprietà meccaniche. Capitolo 6 è la conclusione e la prospettiva, che riassume i principali risultati della ricerca, sottolinea le carenze della ricerca, e attende con impazienza la futura direzione della ricerca.

L'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è un acciaio bassolegato ad alta resistenza, e la sua composizione chimica è strettamente regolata dalle norme API 5L e GB/T 9711 standard. La composizione chimica dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q così come ricevuto utilizzato in questo studio è stata rilevata da uno spettrometro a lettura diretta, e i risultati sono mostrati nella tabella 1 (Frazione di massa, %).

ELEMENTO

C

Si

MN

P

S

NB

V

Ti

CR

Mo

NI

Cu

Fe

Soddisfare

0.08

0.35

1.60

0.015

0.005

0.045

0.030

0.020

0.15

0.10

0.20

0.10

palla.

Limite 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

palla.

Lo si può vedere dalla Tabella 1 che la composizione chimica dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q utilizzato in questo studio soddisfa pienamente i requisiti dello standard API 5L. I principali elementi di lega e le loro funzioni sono i seguenti:

(1) CARBONIO (C): Il carbonio è un elemento importante che migliora la resistenza dell'acciaio. Un adeguato contenuto di carbonio può aumentare la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento della soluzione solida. tuttavia, un contenuto eccessivo di carbonio ridurrà la tenacità e la saldabilità dell'acciaio. Quindi, il contenuto di carbonio dell'acciaio X70Q/L485Q è rigorosamente controllato di seguito 0.10%.

(2) Silicio (Si): Il silicio è un disossidante e può anche migliorare la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento della soluzione solida. Il contenuto di silicio dell'acciaio X70Q/L485Q è controllato tra 0.10% e 0.40%.

(3) manganese (MN): Il manganese è un importante elemento austenitizzante e può migliorare significativamente la resistenza e la tenacità dell'acciaio. Il manganese può anche affinare i grani e migliorare la temprabilità dell'acciaio. Il contenuto di manganese dell'acciaio X70Q/L485Q è controllato tra 1.20% e 1.80%.

(4) fosforo (P) e di zolfo (S): Fosforo e zolfo sono elementi impuri nocivi. Il fosforo ridurrà la tenacità dell'acciaio, soprattutto tenacità alle basse temperature, e causare fragilità da freddo. Lo zolfo formerà inclusioni di MnS, che ridurrà la duttilità e la tenacità dell'acciaio e causerà fragilità a caldo. Quindi, i contenuti di fosforo e zolfo sono rigorosamente controllati di seguito 0.025% e 0.010% rispettivamente.

(5) Niobio (NB), Vanadio (V), Titanio (Ti): Questi sono elementi di microlega, che svolgono un ruolo importante nella raffinazione dei grani e nel miglioramento della resistenza e della tenacità dell'acciaio. Nb può ritardare la ricristallizzazione dell'austenite durante la laminazione a caldo, raffinare i cereali, e formare Nb(C,N) precipita per rafforzare la matrice. V può formare precipitati VC, che hanno un forte effetto di rafforzamento delle precipitazioni. Il Ti può formare precipitati di TiN, che può impedire la crescita dei grani di austenite durante il riscaldamento.

(6) cromo (CR), Molibdeno (Mo), nichel (NI), rame (Cu): Questi elementi possono migliorare la temprabilità e la resistenza alla corrosione dell'acciaio. La corretta aggiunta di questi elementi può migliorare ulteriormente le proprietà complete dell'acciaio X70Q/L485Q.

Il processo di produzione dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q comprende principalmente la fusione, fusione, penetrante, rotolamento, trattamento termico, e rifinitura. Il processo di produzione specifico è il seguente:

(1) Fusione: L'acciaio viene fuso mediante forno ad ossigeno basico (BOF) o forno elettrico ad arco (Eaf), e poi raffinato tramite forno a siviera (LF) e degasaggio sotto vuoto (VD) per ridurre il contenuto di impurità e gas, e regolare la composizione chimica per soddisfare i requisiti.

(2) fusione: L'acciaio fuso fuso viene colato in billette mediante processo di colata continua. Le billette per colata continua hanno una composizione chimica uniforme e una struttura densa, che costituisce una buona base per la successiva lavorazione.

(3) penetrante: Le billette per colata continua vengono riscaldate a 1200-1250℃ in un forno di riscaldo, e poi trafitto in billette cave da un perforatore. Il processo di perforazione è una fase importante nella produzione di tubi in acciaio senza saldatura, che determina lo spessore della parete e il diametro interno delle billette cave.

(4) rotolamento: Le billette cave vengono laminate in tubi di acciaio senza saldatura della dimensione richiesta da un laminatoio continuo o da un mulino a mandrino. Durante il processo di laminazione, la temperatura e la velocità di laminazione sono rigorosamente controllate per garantire l'accuratezza dimensionale e la superficie qualità dei tubi d'acciaio.

(5) trattamento termico: I tubi laminati in acciaio senza saldatura sono sottoposti a trattamento termico (come la normalizzazione, Temperamento) per regolare la microstruttura e migliorare le proprietà meccaniche. Il processo di trattamento termico ha un impatto significativo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio X70Q/L485Q.

(6) Finitura: I tubi in acciaio trattato termicamente sono sottoposti a processi di finitura come la raddrizzatura, Taglio, e trattamento superficiale per soddisfare i requisiti del prodotto finale.

Il processo di produzione dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è complesso e richiede un controllo rigoroso di ciascun parametro di processo per garantire la qualità del prodotto finale. Tra loro, il processo di trattamento termico è l'anello chiave per regolare la microstruttura e le proprietà meccaniche dell'acciaio.

Il materiale sperimentale utilizzato in questo studio era acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q con un diametro esterno di 114 mm e uno spessore di parete di 10 mm. I campioni sono stati tagliati dal tubo d'acciaio ricevuto e dal tubo d'acciaio dopo diversi processi di trattamento termico.

Per campioni di osservazione della microstruttura: I campioni sono stati tagliati 10 mm× 10 mm× 5 pezzi da mm. I campioni sono stati macinati 400#, 800#, 1200#, e 2000# carta vetrata a turno, poi lucidato con pasta lucidante diamantata (dimensione delle particelle 1.5 µm), e infine inciso con 4% soluzione alcolica di acido nitrico per 5-10 secondi. I campioni incisi sono stati puliti con alcool ed essiccati per l'osservazione della microstruttura.

Per i campioni di prova delle proprietà meccaniche: (1) Campioni per prove di trazione: I campioni di trazione sono stati elaborati in base a GB/T 228.1-2010 Standard, con una lunghezza utile di 50 mm, un diametro di calibro di 10 mm, e una lunghezza totale di 150 mm. (2) Campioni per prove di impatto Charpy: I campioni di impatto sono stati elaborati in base a GB/T 229-2020 Standard, con una dimensione di 10 mm× 10 mm× 55 mm, e un intaglio a V (profondità della tacca 2 mm, angolo di intaglio 45°, raggio della radice 0.25 mm). (3) Campioni per test di durezza: I campioni sono stati tagliati 10 mm× 10 mm× 10 pezzi da mm, e la superficie è stata levigata e lucidata per garantire una superficie liscia.

Per campioni di trattamento termico: I campioni così ricevuti sono stati sottoposti a trattamento termico di normalizzazione e rinvenimento. La temperatura di normalizzazione è stata impostata su 880 ℃, 920℃, 950℃, e 980 ℃, e il tempo di attesa è stato 30 minuti, poi raffreddato ad aria. La temperatura di rinvenimento è stata impostata a 550 ℃, 600℃, 650℃, e 700 ℃, e il tempo di attesa è stato 60 minuti, poi raffreddato ad aria.

La microstruttura dei campioni è stata osservata utilizzando tre tipi di microscopi:

(1) Microscopia ottica (DI): Per osservare la microstruttura macroscopica dei campioni è stato utilizzato un microscopio ottico Olympus GX71, e la dimensione dei grani è stata misurata utilizzando il metodo dell'intercetta lineare secondo GB/T 6394-2017 Standard.

(2) Microscopia elettronica a scansione (Chi): Uno Zeiss Sigma 300 Il microscopio elettronico a scansione è stato utilizzato per osservare la microstruttura dettagliata dei campioni, come la morfologia della ferrite, bainite, e le isole MA, e la distribuzione delle inclusioni. La tensione di accelerazione era 20 kV.

(3) Microscopia elettronica a trasmissione (TEM): Per osservare la microstruttura fine dei campioni è stato utilizzato un microscopio elettronico a trasmissione JEOL JEM-2100, come la struttura cristallina della ferrite, la morfologia e la dimensione dei precipitati, e la struttura della dislocazione. La tensione di accelerazione era 200 kV. I campioni TEM sono stati preparati mediante taglio 3 mm× 3 fette da mm dai campioni di osservazione della microstruttura, macinandoli ad uno spessore di 100 µm, poi dare un pugno in 3 dischi diametro mm, ed infine diluizione fino a trasparenza mediante lucidatrice elettrolitica a doppio getto. La soluzione di lucidatura elettrolitica era una soluzione mista di 5% acido perclorico e 95% etanolo, la temperatura di lucidatura era -20 ℃, e la tensione di lucidatura era 20 V.

Le proprietà meccaniche dei campioni sono state testate utilizzando i seguenti metodi:

(1) Prova di trazione uniassiale: Per eseguire la prova di trazione a temperatura ambiente è stata utilizzata una macchina di prova universale Zwick/Roell Z100 (25℃) con una velocità di caricamento di 2 mm/min. Per ciascuna condizione sono stati testati tre campioni, ed è stato preso il valore medio. Il limite di snervamento (σₛ), Resistenza alla trazione (σᵦ), e allungamento (D) sono stati misurati in base a GB/T 228.1-2010 Standard.

(2) Prova di impatto Charpy: Per eseguire la prova di impatto Charpy a -20°C è stata utilizzata una macchina per prove di impatto Zwick/Roell HIT50P. Per ciascuna condizione sono stati testati tre campioni, ed è stato preso il valore medio. L'energia di assorbimento dell'impatto (Aₖᵥ) è stato misurato in base a GB/T 229-2020 Standard.

(3) prova di durezza: Per eseguire la prova di durezza è stato utilizzato un durometro Rockwell con un carico di 150 kgf e un tempo di tenuta di 15 secondi. Per ciascun campione sono stati presi cinque punti di misurazione, ed è stato preso il valore medio. La durezza Rockwell (HRC) è stato misurato in base a GB/T 230.1-2018 Standard.

Figura 1 mostra l'OM, Chi, e immagini TEM dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q ricevuto. Lo si può vedere dalla Figura 1(A) (INFORMAZIONI SULL'immagine) che la microstruttura dell'acciaio così ricevuto è composta da ferrite aciculare (DI), ferrite poligonale (PF), e una piccola quantità di bainite (B). I chicchi sono fini ed uniformi, e la dimensione media del grano è di circa 8 µm. La ferrite aciculare è il principale componente microstrutturale, rappresentando circa 65%-70%. La ferrite poligonale rappresenta circa 20%-25%, e la bainite rappresenta circa 5%-10%.

Figura 1(B) (Immagine SEM) mostra la morfologia dettagliata della microstruttura. La ferrite aciculare ha una forma aciculare fine, e gli aghi sono intrecciati tra loro, formando una fitta struttura reticolare. La ferrite poligonale ha una forma poligonale regolare, e i confini del grano sono chiari. La bainite ha una forma simile ad un'assicella, e i listelli sono paralleli tra loro. Inoltre, una piccola quantità di martensite-austenite (MA) si osservano isole ai bordi dei grani e tra gli aghi di ferrite aciculari. Le isole M-A sono di piccole dimensioni, con un diametro di circa 0.5-1 µm.

Figura 1(C) (immagine TEM) mostra la microstruttura fine dell'acciaio così come ricevuto. La ferrite aciculare ha una struttura cubica a corpo centrato (BCC) struttura cristallina, e ci sono un gran numero di dislocazioni nella matrice di ferrite. Le dislocazioni sono distribuite uniformemente, che è utile per migliorare la resistenza dell'acciaio. Inoltre, nella matrice di ferrite si osserva un gran numero di precipitati fini. I precipitati hanno forma sferica o ellittica, con una dimensione di circa 5-20 nm. L'analisi EDS mostra che i precipitati sono prevalentemente Nb(C,N) e V.C, che sono i prodotti degli elementi di microlega. Questi precipitati possono fissare le dislocazioni e i bordi dei grani, raffinare i cereali, e migliorare la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

La formazione della microstruttura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q così come ricevuto è strettamente correlata al suo processo di produzione. Durante il processo di laminazione e raffreddamento, l'austenite si trasforma in ferrite aciculare, ferrite poligonale, e bainite. Gli elementi microleganti come Nb, V, e Ti svolgono un ruolo importante nel processo di trasformazione. Nb ritarda la ricristallizzazione dell'austenite, rendendo i grani di austenite più fini. Durante il processo di raffreddamento, i grani fini dell'austenite sono facilmente trasformabili in ferrite aciculare. V e Ti formano precipitati fini, che affinano ulteriormente i grani e migliorano la resistenza dell'acciaio.

Figura 2 mostra le immagini OM dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q dopo la normalizzazione a diverse temperature (880℃, 920℃, 950℃, 980℃) e raffreddato ad aria. Lo si può vedere dalla Figura 2 che la temperatura di normalizzazione ha un impatto significativo sulla microstruttura dell'acciaio.

Quando la temperatura di normalizzazione è 880 ℃ (Figura 2(A)), la microstruttura dell'acciaio è composta da ferrite aciculare, ferrite poligonale, e una piccola quantità di bainite. La dimensione media del grano è di circa 9 µm. Rispetto all'acciaio ricevuto, la percentuale di ferrite aciculare diminuisce leggermente (Circa 60%), e la percentuale di ferrite poligonale aumenta leggermente (Circa 25%). Questo perché la temperatura di normalizzazione è relativamente bassa, i grani di austenite non sono completamente cresciuti, e la trasformazione dell'austenite in ferrite aciculare non è sufficiente.

Quando la temperatura di normalizzazione è 920 ℃ (Figura 2(B)), la microstruttura dell'acciaio è composta principalmente da ferrite aciculare (Circa 75%), con una piccola quantità di ferrite poligonale (Circa 20%) e bainite (Circa 5%). La dimensione media del grano è di circa 7 µm. La ferrite aciculare è fine e densa, e il grado di incastro è elevato. Questo perché la temperatura di normalizzazione è appropriata, i grani di austenite sono completamente cresciuti e uniformi, ed è sufficiente la trasformazione dell'austenite in ferrite aciculare. La fine struttura aciculare della ferrite è utile per migliorare la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

Quando la temperatura di normalizzazione è 950 ℃ (Figura 2(C)), la microstruttura dell'acciaio è ancora prevalentemente composta da ferrite aciculare (Circa 70%), con una piccola quantità di ferrite poligonale (Circa 22%) e bainite (Circa 8%). La dimensione media del grano è di circa 8 µm. Rispetto all'acciaio normalizzato a 920℃, la percentuale di ferrite aciculare diminuisce leggermente, e la dimensione del grano aumenta leggermente. Questo perché la temperatura di normalizzazione è troppo alta, i grani di austenite iniziano a crescere, che porta all'aumento della dimensione del grano dopo la trasformazione.

quando la temperatura di normalizzazione è 980 ℃ (Figura 2(D)), la microstruttura dell'acciaio è composta da ferrite aciculare (Circa 55%), ferrite poligonale (Circa 30%), e bainite (Circa 15%). La dimensione media del grano è di circa 12 µm. La dimensione del grano aumenta notevolmente, e la struttura aciculare della ferrite diventa grossolana. Questo perché la temperatura di normalizzazione è troppo alta, i grani di austenite crescono eccessivamente, che porta al significativo aumento della dimensione del grano dopo la trasformazione. La microstruttura grossolana ridurrà la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

I risultati di cui sopra mostrano che la temperatura di normalizzazione ottimale per l'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q è 920-950 ℃. All'interno di questo intervallo di temperature, l'acciaio può ottenere una microstruttura fine ed uniforme con un'elevata percentuale di ferrite aciculare, che è utile per migliorare le proprietà meccaniche dell'acciaio.

Figura 3 mostra le immagini OM dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q dopo la normalizzazione a 920 ℃ e il rinvenimento a diverse temperature (550℃, 600℃, 650℃, 700℃) e raffreddato ad aria. Lo si può vedere dalla Figura 3 che la temperatura di rinvenimento ha un impatto significativo anche sulla microstruttura dell'acciaio.

Quando la temperatura di rinvenimento è 550 ℃ (Figura 3(A)), la microstruttura dell'acciaio è simile a quella dell'acciaio normalizzato, composto principalmente da ferrite aciculare, ferrite poligonale, e una piccola quantità di bainite. La dimensione media del grano è di circa 7 µm. Non vi è alcun cambiamento evidente nella microstruttura rispetto all'acciaio normalizzato. Questo perché la temperatura di rinvenimento è relativamente bassa, il recupero e la ricristallizzazione della matrice ferritica non sono sufficienti, e la trasformazione della seconda fase non è ovvia.

Quando la temperatura di rinvenimento è di 600 ℃ (Figura 3(B)), la microstruttura dell'acciaio è ancora prevalentemente composta da ferrite aciculare (Circa 72%), con una piccola quantità di ferrite poligonale (Circa 23%) e bainite (Circa 5%). La dimensione media del grano è di circa 7 µm. La ferrite aciculare è fine ed uniforme, e le dislocazioni nella matrice di ferrite sono ridotte. Una piccola quantità di precipitati di cementite si osserva ai bordi dei grani e tra gli aghi di ferrite. I precipitati di cementite sono fini e sferici, che può migliorare la tenacità dell'acciaio.

Quando la temperatura di rinvenimento è 650 ℃ (Figura 3(C)), la microstruttura dell'acciaio è composta da ferrite aciculare (Circa 68%), ferrite poligonale (Circa 27%), e una piccola quantità di bainite (Circa 5%). La dimensione media del grano è di circa 8 µm. La ferrite aciculare comincia a decomporsi, e la ferrite poligonale cresce leggermente. Nella matrice di ferrite si osserva un gran numero di fini precipitati di cementite. I precipitati di cementite sono uniformemente distribuiti, che può migliorare la tenacità dell'acciaio. tuttavia, la dimensione del grano aumenta leggermente, che possono ridurre la resistenza dell'acciaio.

Quando la temperatura di rinvenimento è 700 ℃ (Figura 3(D)), la microstruttura dell'acciaio è composta da ferrite poligonale (Circa 50%), ferrite aciculare (Circa 40%), e bainite (Circa 10%). La dimensione media del grano è di circa 10 µm. La ferrite aciculare si decompone in modo significativo, e la ferrite poligonale cresce ovviamente. I precipitati di cementite crescono e si aggregano, formazione di particelle grossolane di cementite. La microstruttura grossolana e le particelle grossolane di cementite ridurranno significativamente la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

I risultati di cui sopra mostrano che la temperatura di rinvenimento ottimale per l'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q dopo la normalizzazione a 920 ℃ è 600-650 ℃. All'interno di questo intervallo di temperature, l'acciaio può ottenere una microstruttura fine ed uniforme con un'elevata percentuale di ferrite aciculare e precipitati fini di cementite, che è vantaggioso per migliorare le proprietà meccaniche complete dell'acciaio.

tavolo 2 mostra le proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q così come ricevuto. Lo si può vedere dalla Tabella 2 che l'acciaio così ricevuto presenta eccellenti proprietà meccaniche globali. Il limite di snervamento è 505 MPa, la resistenza alla trazione è 635 MPa, l'allungamento è 30%, l'energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ è 135 J, e la durezza Rockwell lo è 20 HRC. Tutti questi indicatori soddisfano pienamente i requisiti API 5L e GB/T 9711 standard (L'API 5L richiede che l'acciaio X70 abbia un carico di snervamento ≥485 MPa, una resistenza alla trazione di 600-750 MPa, un allungamento ≥20%, e un'energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ di ≥ 40 J).

Indice delle proprietà meccaniche	Limite di snervamento σₛ (MPa)	Resistenza alla trazione σᵦ (MPa)	Allungamento δ (%)	Energia di assorbimento degli urti Aₖᵥ (-20℃, J)	Durezza Rockwell HRC
Acciaio come ricevuto	505	635	30	135	20
Requisito standard API 5L	≥485	600-750	≥20	≥40	–

Le eccellenti proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q così come ricevuto sono dovute principalmente alla sua microstruttura fine. La ferrite aciculare, con la sua struttura fine e ad incastro, può effettivamente ostacolare il movimento delle lussazioni, migliorando la resistenza dell'acciaio. Allo stesso tempo, la struttura aciculare in ferrite ad incastro può anche assorbire molta energia durante il processo di frattura, migliorando la tenacità dell'acciaio. La multa precipita (NB(C,N) e V.C) migliorare ulteriormente la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento delle precipitazioni. La ferrite poligonale ha una buona duttilità, che migliora l'allungamento dell'acciaio.

tavolo 3 mostra le proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q dopo la normalizzazione a diverse temperature e raffreddato ad aria. Lo si può vedere dalla Tabella 3 che la temperatura di normalizzazione ha un impatto significativo sulle proprietà meccaniche dell'acciaio.

Temperatura di normalizzazione (℃)	Limite di snervamento σₛ (MPa)	Resistenza alla trazione σᵦ (MPa)	Allungamento δ (%)	Energia di assorbimento degli urti Aₖᵥ (-20℃, J)	Durezza Rockwell 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

Quando la temperatura di normalizzazione è 880 ℃, Il limite di snervamento, Resistenza alla trazione, e l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio sono leggermente inferiori a quelle dell'acciaio così come ricevuto. Questo perché la temperatura di normalizzazione è relativamente bassa, la percentuale di ferrite aciculare è bassa, e la dimensione del grano è leggermente più grande. Quando la temperatura di normalizzazione è 920 ℃, l'acciaio ha il limite di snervamento più elevato (520 MPa), Resistenza alla trazione (650 MPa), e l'energia di assorbimento dell'impatto (150 J). Questo perché l'acciaio ha una microstruttura fine e uniforme con un'elevata percentuale di ferrite aciculare, che può migliorare efficacemente la resistenza e la tenacità dell'acciaio. Quando la temperatura di normalizzazione è 950 ℃, Il limite di snervamento, Resistenza alla trazione, e l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio sono leggermente inferiori a quelle dell'acciaio normalizzato a 920 ℃. Questo perché la dimensione del grano aumenta leggermente, e la proporzione di ferrite aciculare diminuisce leggermente. quando la temperatura di normalizzazione è 980 ℃, Il limite di snervamento, Resistenza alla trazione, e l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio diminuisce significativamente. Questo perché la dimensione del grano aumenta notevolmente, e la struttura aciculare della ferrite diventa grossolana, che riduce la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

tavolo 4 mostra le proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q dopo la normalizzazione a 920 ℃ e il rinvenimento a diverse temperature e raffreddato ad aria. Lo si può vedere dalla Tabella 4 che la temperatura di rinvenimento ha un impatto significativo anche sulle proprietà meccaniche dell'acciaio.

Temperatura di rinvenimento (℃)	Limite di snervamento σₛ (MPa)	Resistenza alla trazione σᵦ (MPa)	Allungamento δ (%)	Energia di assorbimento degli urti Aₖᵥ (-20℃, J)	Durezza Rockwell 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

Quando la temperatura di rinvenimento è 550 ℃, le proprietà meccaniche dell'acciaio sono simili a quelle dell'acciaio normalizzato. Questo perché la temperatura di rinvenimento è relativamente bassa, il recupero e la ricristallizzazione della matrice ferritica non sono sufficienti, e la trasformazione della seconda fase non è ovvia. Quando la temperatura di rinvenimento è di 600 ℃, l'acciaio ha l'allungamento più elevato (33%) e l'energia di assorbimento dell'impatto (160 J). Questo perché la temperatura di rinvenimento è appropriata, le dislocazioni nella matrice di ferrite sono ridotte, e si formano numerosi precipitati fini di cementite. I fini precipitati di cementite possono migliorare la tenacità dell'acciaio, e il recupero della matrice ferritica può migliorare la duttilità dell'acciaio. Quando la temperatura di rinvenimento è 650 ℃, Il limite di snervamento, Resistenza alla trazione, Allungamento, e l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio sono leggermente inferiori a quelle dell'acciaio temperato a 600 ℃. Questo perché la dimensione del grano aumenta leggermente, e i precipitati di cementite cominciano a crescere. Quando la temperatura di rinvenimento è 700 ℃, Il limite di snervamento, Resistenza alla trazione, Allungamento, e l'energia di assorbimento dell'impatto dell'acciaio diminuisce significativamente. Questo perché la ferrite aciculare si decompone in modo significativo, la ferrite poligonale cresce ovviamente, e i precipitati di cementite crescono e si aggregano, che riduce la resistenza e la tenacità dell'acciaio.

Le proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q sono intrinsecamente determinate dalla sua microstruttura. Sulla base dell'analisi di cui sopra della microstruttura e delle proprietà meccaniche, la correlazione tra loro può essere riassunta come segue:

in primo luogo, ferrite aciculare (DI) è il componente microstrutturale principale che influenza le proprietà meccaniche complessive dell'acciaio. La struttura sottile e intrecciata della ferrite aciculare può ostacolare notevolmente il movimento delle lussazioni durante il processo di trazione, migliorando così la resistenza allo snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio attraverso il rafforzamento della dislocazione. Nel frattempo, durante il processo di impatto, la ferrite aciculare ad incastro può prevenire efficacemente la propagazione delle crepe: le crepe devono bypassare gli aghi della ferrite aciculare durante l'espansione, che consuma una grande quantità di energia, migliorando così notevolmente la tenacità dell'acciaio alle basse temperature. Maggiore è la percentuale di ferrite aciculare, più fine è la dimensione del grano, e migliori sono le proprietà meccaniche complessive dell'acciaio. Per esempio, quando l'acciaio è normalizzato a 920 ℃, la proporzione di ferrite aciculare raggiunge circa 75%, e il corrispondente limite di snervamento, Resistenza alla trazione, e l'energia di assorbimento dell'urto raggiungono tutti i valori massimi, che verifica pienamente il ruolo dominante della ferrite aciculare.

In secondo luogo, ferrite poligonale (PF) ha un effetto positivo sulla duttilità dell'acciaio. La ferrite poligonale ha una forma poligonale regolare e meno dislocazioni all'interno, quindi ha una buona duttilità. Una proporzione adeguata di ferrite poligonale può migliorare l'allungamento dell'acciaio, fare in modo che l'acciaio abbia una migliore capacità di deformazione plastica. tuttavia, se la percentuale di ferrite poligonale è troppo elevata, la resistenza dell'acciaio diminuirà. Per esempio, quando la temperatura di normalizzazione è 980 ℃, la percentuale di ferrite poligonale aumenta a circa 30%, e il carico di snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio diminuiscono significativamente 480 MPa e 610 MPa rispettivamente.

In terzo luogo, bainite (B) e martensite-austenite (MA) le isole hanno un duplice impatto sulle proprietà meccaniche dell’acciaio. Una piccola quantità di bainite può migliorare la resistenza dell'acciaio grazie alla sua fitta struttura a listelli. tuttavia, un'eccessiva bainite ridurrà la tenacità dell'acciaio perché la struttura a listelli è facile da provocare una concentrazione di sollecitazioni. Le isole M-A sono fasi dure e fragili. Una piccola quantità di isole M-A fini può migliorare la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento della dispersione, ma se le isole M-A sono grossolane o distribuite in maniera concentrata, diventeranno la fonte di crepe durante il processo di impatto, riducendo significativamente la tenacità dell'acciaio alle basse temperature. Nell'acciaio così come ricevuto e nell'acciaio dopo un trattamento termico ottimale, il contenuto di bainite è controllato di seguito 5%-10%, e le isole M-A sono belle e uniformemente distribuite, quindi non hanno un effetto negativo sulla tenacità dell'acciaio.

In quarto luogo, precipitati fini (NB(C,N), V.C) svolgono un ruolo importante nel rafforzamento delle precipitazioni. Gli elementi di microlega Nb, V, e Ti nell'acciaio forma precipitati fini durante i processi di produzione e trattamento termico. Questi precipitati sono sferici o ellittici, con una dimensione di circa 5-20 nm, e può individuare dislocazioni e bordi di grano. Da un lato, impediscono il movimento delle lussazioni, migliorando la resistenza dell'acciaio; D'altra parte, impediscono la crescita dei cereali, affinando la dimensione del grano, e quindi migliorando la tenacità dell'acciaio. I risultati dell'osservazione TEM mostrano che i precipitati nell'acciaio così come ricevuto e nell'acciaio dopo il trattamento termico ottimale sono fini e distribuiti uniformemente, che è una ragione importante per le eccellenti proprietà meccaniche globali dell'acciaio.

Finalmente, la dimensione del grano ha un impatto significativo sulle proprietà meccaniche dell'acciaio. Secondo la formula di Hall-Petch, la resistenza dell'acciaio è inversamente proporzionale alla radice quadrata della dimensione del grano: più fine è la dimensione del grano, maggiore è la resistenza dell'acciaio. Allo stesso tempo, i grani fini possono anche migliorare la tenacità dell'acciaio perché i bordi dei grani possono ostacolare la propagazione delle cricche. Per esempio, Quando la temperatura di normalizzazione è 920 ℃, la dimensione media del grano dell'acciaio è di circa 7 µm, che è la più piccola tra tutte le condizioni di test, e le proprietà meccaniche corrispondenti sono le migliori. quando la temperatura di normalizzazione è 980 ℃, la dimensione media dei grani aumenta a 12 µm, e le proprietà meccaniche dell'acciaio diminuiscono notevolmente.

Comprendere ulteriormente il meccanismo di frattura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q e la sua relazione con la microstruttura, la morfologia della frattura dei campioni di trazione e di impatto Charpy è stata osservata mediante SEM. Figura 4 mostra la morfologia della frattura SEM dell'acciaio così come ricevuto e dell'acciaio dopo il trattamento termico a diverse temperature.

Figura 4(A) mostra la morfologia della frattura da trazione dell'acciaio così come ricevuto. Si può vedere che la superficie di frattura è composta da un gran numero di fossette di diverse dimensioni, e le fossette sono distribuite uniformemente. Ci sono anche un piccolo numero di creste a strappo tra le fossette. Questa è una tipica morfologia di frattura duttile, indicando che l'acciaio ricevuto ha una buona duttilità. La formazione di fossette è dovuta alla nucleazione, Crescita, e coalescenza dei vuoti durante il processo di trazione. La microstruttura fine dell'acciaio così ottenuto fornisce più siti di nucleazione per i vuoti, e la struttura ad incastro della ferrite aciculare può ostacolare la crescita e la coalescenza dei vuoti, formando così un gran numero di fossette sottili.

Figura 4(B) mostra la morfologia della frattura da trazione dell'acciaio normalizzata a 920℃. Rispetto all'acciaio ricevuto, le fossette sulla superficie della frattura sono più fini e uniformi, e il numero delle creste lacrimali aumenta. Ciò indica che l'acciaio normalizzato a 920 ℃ ha una migliore duttilità e una maggiore resistenza alla trazione. La fine struttura aciculare della ferrite nell'acciaio fornisce più siti di nucleazione per i vuoti, e i precipitati fini fissano le dislocazioni, rendendo più difficile la crescita e la coalescenza del vuoto, formando così fossette più fini.

Figura 4(C) mostra la morfologia della frattura da trazione dell'acciaio normalizzata a 980℃. Si può vedere che le fossette sulla superficie della frattura sono grossolane e distribuite in modo non uniforme, e ci sono un piccolo numero di piani di scissione. Ciò indica che l'acciaio normalizzato a 980 ℃ ha una scarsa duttilità, e la modalità di frattura è una frattura mista di duttilità e fragilità. La microstruttura grossolana dell'acciaio facilita la crescita dei vuoti e la confluenza durante il processo di trazione, ed è facile che la concentrazione degli sforzi si verifichi ai bordi dei grani, portando alla generazione dei piani di clivaggio.

Figura 4(D) mostra la morfologia della frattura da impatto Charpy dell'acciaio ricevuto a -20 ℃. La superficie della frattura è composta da un gran numero di fossette sottili e creste di rottura, senza evidenti piani di clivaggio. Questa è una tipica morfologia di frattura duttile, indicando che l'acciaio ricevuto ha un'eccellente tenacità a bassa temperatura. durante il processo di impatto, la struttura aciculare in ferrite ad incastro può assorbire molta energia, e i vuoti si nucleano e crescono nella matrice di ferrite, portando alla frattura duttile.

Figura 4(E) mostra la morfologia della frattura da impatto Charpy dell'acciaio temperato a 600 ℃ dopo la normalizzazione a 920 ℃. La superficie di frattura è composta da fossette più fini rispetto all'acciaio ricevuto, e la distribuzione è più uniforme. Ciò indica che l'acciaio temperato a 600 ℃ ha una migliore tenacità alle basse temperature. I fini precipitati di cementite formati durante il processo di rinvenimento possono migliorare la tenacità dell'acciaio bloccando le dislocazioni e ostacolando la propagazione delle cricche. Allo stesso tempo, il recupero della matrice ferritica riduce la densità delle dislocazioni, rendendo l'acciaio più facile da deformare plasticamente durante il processo di impatto, formando così fossette più fini.

Figura 4(F) mostra la morfologia della frattura da impatto Charpy dell'acciaio temperato a 700 ℃ dopo la normalizzazione a 920 ℃. La superficie della frattura presenta evidenti piani di clivaggio e un piccolo numero di fossette grossolane. Ciò indica che l'acciaio temperato a 700 ℃ ha una scarsa tenacità alle basse temperature, e la modalità di frattura è una frattura mista di duttilità e fragilità. La decomposizione della ferrite aciculare e la crescita della ferrite poligonale durante il processo di rinvenimento rendono la microstruttura grossolana, e la cementite grossolana precipita aggregato ai bordi del grano, portando alla concentrazione dello stress. durante il processo di impatto, le cricche iniziano e si propagano facilmente lungo i bordi dei grani e i piani di clivaggio, con conseguente frattura fragile.

L'analisi della morfologia della frattura verifica ulteriormente la correlazione tra la microstruttura e le proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q. Una microstruttura fine ed uniforme (elevata percentuale di ferrite aciculare, grani fini, precipitati fini) porta ad una modalità di frattura duttile con fossette fini e uniformi, corrispondente a eccellenti proprietà meccaniche globali. Anzi, una microstruttura grossolana (bassa percentuale di ferrite aciculare, grani grossolani, precipitati grossolani) porta ad una modalità di frattura mista di duttilità e fragilità con fossette grossolane e piani di clivaggio, corrispondente a scarse proprietà meccaniche.

In questo documento, è stato condotto uno studio completo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q utilizzando OM, Chi, TEM, test di trazione, Prova di impatto Charpy, prova di durezza, e analisi della morfologia della frattura. Le principali conclusioni sono le seguenti:

(1) La microstruttura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q ricevuto è composta principalmente da ferrite aciculare (DI, 65%-70%), ferrite poligonale (PF, 20%-25%), e una piccola quantità di bainite (B, 5%-10%) e martensite-austenite (MA) isole. La dimensione media del grano è di circa 8 µm. Un gran numero di precipitati fini (NB(C,N) e V.C, 5-20 nm) sono uniformemente distribuiti nella matrice di ferrite. L'acciaio così come ricevuto ha eccellenti proprietà meccaniche globali: Resistenza allo snervamento 505 MPa, Resistenza alla trazione 635 MPa, Allungamento 30%, energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ 135 J, e durezza Rockwell 20 HRC, che soddisfano pienamente i requisiti API 5L e GB/T 9711 standard.

(2) La temperatura di normalizzazione ha un impatto significativo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio. Con l'aumento della temperatura di normalizzazione da 880℃ a 980℃, la percentuale di ferrite aciculare prima aumenta e poi diminuisce, e la dimensione del grano prima diminuisce e poi aumenta. La temperatura di normalizzazione ottimale è 920-950 ℃. A questo intervallo di temperature, l'acciaio ottiene una microstruttura fine ed uniforme con un'elevata percentuale di ferrite aciculare (70%-75%) e una dimensione media dei grani di 7-8 µm. Le proprietà meccaniche corrispondenti sono le migliori: Resistenza allo snervamento 510-520 MPa, Resistenza alla trazione 640-650 MPa, Allungamento 31%-32%, energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ 140-150 J, e durezza Rockwell 21-22 HRC.

(3) Anche la temperatura di rinvenimento ha un impatto significativo sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio normalizzato a 920 ℃. Con l'aumento della temperatura di rinvenimento da 550℃ a 700℃, la ferrite aciculare si decompone gradualmente, cresce la ferrite poligonale, ed i precipitati di cementite prima si affinano e poi si grossolanano. La temperatura di rinvenimento ottimale è 600-650 ℃. A questo intervallo di temperature, l'acciaio mantiene un'elevata percentuale di ferrite aciculare (68%-72%) e precipitati fini di cementite. Le corrispondenti proprietà meccaniche sono eccellenti: Resistenza allo snervamento 500-510 MPa, Resistenza alla trazione 625-635 MPa, Allungamento 32%-33%, energia di assorbimento dell'impatto a -20 ℃ 155-160 J, e durezza Rockwell 19-20 HRC.

(4) Le proprietà meccaniche complete dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q sono determinate principalmente dal tipo, proporzione, e dimensione dei grani dei componenti microstrutturali. La ferrite aciculare è il fattore chiave che migliora la resistenza e la tenacità dell'acciaio; la ferrite poligonale migliora la duttilità dell'acciaio; precipitati fini (NB(C,N) e V.C) migliorare la resistenza dell'acciaio attraverso il rafforzamento delle precipitazioni; i grani fini migliorano sia la resistenza che la tenacità dell'acciaio. Una microstruttura fine e uniforme con un'elevata percentuale di ferrite aciculare, grani fini, e precipitati fini portano a eccellenti proprietà meccaniche complete.

(5) La modalità di frattura dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q con eccellenti proprietà meccaniche è la frattura duttile, e la superficie di frattura è composta da fossette fini e uniformi. Per l'acciaio con scarse proprietà meccaniche a causa della microstruttura grossolana, la modalità di frattura è una frattura mista di duttilità e fragilità, e la superficie della frattura presenta fossette grossolane e piani di clivaggio.

Sebbene questo documento abbia ottenuto risultati di ricerca approfonditi sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q, ci sono ancora alcuni aspetti che dovranno essere ulteriormente approfonditi in futuro:

(1) Ampliamento della ricerca sull'ambiente dei servizi. Questo articolo studia principalmente la microstruttura e le proprietà meccaniche dell'acciaio a temperatura ambiente e a bassa temperatura (-20℃) condizioni. tuttavia, L'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q viene spesso utilizzato in ambienti di servizio difficili come l'alta pressione, corrosione (CO₂, H₂s), e temperatura alternata. La ricerca futura potrà concentrarsi sull’evoluzione della microstruttura e delle proprietà meccaniche dell’acciaio in questi ambienti di servizio difficili, e studiare la resistenza alla corrosione e le proprietà di fatica dell'acciaio, in modo da fornire una base teorica più completa per il funzionamento sicuro del gasdotto.

(2) Ricerca su tecnologie avanzate di trattamento termico. Questo articolo studia principalmente gli effetti dei processi di normalizzazione e rinvenimento sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio. Con lo sviluppo della tecnologia di trattamento termico, tecnologie avanzate di trattamento termico come la tempra e il rinvenimento (Q&T), laminazione controllata e raffreddamento controllato (TMCP), e la tempra isotermica sono state ampiamente utilizzate nella produzione di acciaio per tubazioni. La ricerca futura può studiare gli effetti di queste tecnologie avanzate di trattamento termico sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q, ed esplorare processi di trattamento termico più ottimali per migliorare ulteriormente le prestazioni dell’acciaio.

(3) Ricerca sul meccanismo degli elementi di microlega. Questo articolo analizza solo brevemente il ruolo degli elementi microleganti come Nb, V, e Ti. La ricerca futura può utilizzare il calcolo dei principi primi e la simulazione del campo di fase per studiare in modo approfondito il meccanismo di interazione tra gli elementi di microlega e la matrice, il meccanismo di nucleazione e crescita dei precipitati, e l'effetto degli elementi di microlega sul processo di trasformazione di fase, in modo da fornire una base teorica per la progettazione e l'ottimizzazione della composizione chimica dell'acciaio.

(4) Applicazione della tecnologia di produzione intelligente. La ricerca futura può introdurre l'intelligenza artificiale e la tecnologia dei big data nel processo di produzione dell'acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q. Costruendo un modello di previsione della microstruttura e delle proprietà meccaniche basato sui parametri del processo di produzione, è possibile realizzare il monitoraggio e l'ottimizzazione in tempo reale del processo produttivo, che migliorerà l'efficienza produttiva e il prodotto qualità stabilità dell'acciaio.

(5) Ricerca sulla saldabilità. Sebbene l'acciaio per tubazioni senza saldatura eviti i difetti dei giunti saldati, deve ancora essere saldato durante la costruzione del gasdotto. La ricerca futura può studiare la saldabilità dell’acciaio per tubazioni senza saldatura API 5L X70Q/L485Q, analizzare la microstruttura e le proprietà meccaniche della saldatura e della zona termicamente alterata (HAZ), e proporre processi di saldatura ottimali per garantire la qualità della saldatura e le prestazioni complessive della pipeline.