บทคัดย่อ: ท่อเหล็กไร้รอยต่อ API 5L X70Q/L485Q ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างท่อส่งน้ำมันและก๊าซทางไกลเนื่องจากมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม, มีความแข็งแรงสูง, และความต้านทานการกัดกร่อน. ในบทความนี้, การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (เกี่ยวกับ), การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (WHO), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (เทม), การทดสอบแรงดึงแกนเดียว, การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี, และการทดสอบความแข็ง. ผลการวิจัยพบว่าโครงสร้างจุลภาคของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (ของ), เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (พีเอฟ), และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย (b) และมาร์เทนไซต์-ออสเทนไนต์ (ม) หมู่เกาะ. เฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์, ด้วยโครงสร้างที่ละเอียดและประสานกัน, เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยมของเหล็ก. ผลการทดสอบแรงดึงระบุว่าเหล็กมีกำลังครากอยู่ที่ 490-520 MPa, ความต้านทานแรงดึงของ 620-650 MPa, และการยืดตัวของ 28%-32%, ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของ API 5L และ GB/T อย่างสมบูรณ์ 9711 มาตรฐาน. ผลการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปีแสดงให้เห็นว่าพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กที่อุณหภูมิ -20°C นั้นมากกว่า 120 เจ, บ่งบอกถึงความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยม. ผลการทดสอบความแข็งพบว่าความแข็งแบบร็อกเวลล์ (เหล็กแผ่นรีดร้อน) ของเหล็กอยู่ระหว่าง 18 และ 22, มีการกระจายความแข็งสม่ำเสมอ. นอกจากนี้, ผลของกระบวนการบำบัดความร้อนแบบต่างๆ (การทำให้เป็นมาตรฐาน, การแบ่งเบาบรรเทา) ยังได้ศึกษาโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกลของเหล็กด้วย. พบว่าอุณหภูมิปกติที่เหมาะสม (920-950℃) และอุณหภูมิการอบคืนตัว (600-650℃) สามารถปรับโครงสร้างจุลภาคเพิ่มเติมได้, ปรับปรุงสัดส่วนเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์, และทำให้คุณสมบัติทางกลของเหล็กเพิ่มขึ้น. ผลการวิจัยเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีและการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการผลิต, แอพลิเคชัน, และการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q.

คีย์เวิร์ด: เอพีไอ 5L X70Q; L485Q; ท่อเหล็กไร้ตะเข็บ; โครงสร้างจุลภาค; คุณสมบัติทางกล; เฟอร์ไรท์แบบเฉียบพลัน; การรักษาความร้อน

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานทั่วโลก, ความต้องการท่อส่งน้ำมันและก๊าซทางไกลกำลังเพิ่มขึ้น. การขนส่งทางท่อ, เป็นตู้เซฟ, มีประสิทธิภาพ, และรูปแบบการขนส่งพลังงานที่ประหยัด, ได้กลายเป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่อุปทานพลังงาน. ในการก่อสร้างท่อส่งทางไกล, เหล็กท่อเป็นวัสดุหลัก, และประสิทธิภาพส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย, ความน่าเชื่อถือ, และอายุการใช้งานของระบบท่อ. โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการบริการที่รุนแรง เช่น พื้นที่หนาวเย็น, แหล่งน้ำมันและก๊าซแรงดันสูง, และพื้นที่ทางทะเล, เหล็กท่อจะต้องมีคุณสมบัติครบถ้วนดีเยี่ยม, รวมถึงมีความแข็งแรงสูง, ความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำดี, ความต้านทานการกัดกร่อน, และความสามารถในการเชื่อม.

API 5L X70Q/L485Q ท่อเหล็กไร้ตะเข็บเป็นโลหะผสมต่ำที่มีความแข็งแรงสูง (HSLA) เหล็ก, ที่ถูกพัฒนามาเพื่อตอบสนองความต้องการของการก่อสร้างท่อทางไกลที่ทันสมัย. ผนังท่อเรียบไม่สเกล “Q” ในเกรดบ่งบอกว่าเหล็กมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยม, ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับใช้ในเขตหนาวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำถึง -20°C หรือต่ำกว่านั้นก็ได้. เมื่อเทียบกับเหล็กท่อ X70/L485 ธรรมดา, เหล็กกล้า X70Q/L485Q มีความเหนียวสูงกว่าและต้านทานการแตกหักแบบเปราะได้ดีกว่า, ซึ่งสามารถป้องกันอุบัติเหตุท่อที่เกิดจากการแตกร้าวเปราะที่อุณหภูมิต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ. นอกจากนี้, โครงสร้างไร้รอยต่อของท่อเหล็กท่อ X70Q/L485Q หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของรอยเชื่อม, ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของไปป์ไลน์เพิ่มเติม.

โครงสร้างจุลภาคของเหล็กท่อเป็นปัจจัยพื้นฐานที่กำหนดคุณสมบัติทางกล. สำหรับเหล็กท่อ HSLA, ประเภท, สัณฐานวิทยา, ขนาด, และการกระจายส่วนประกอบทางโครงสร้างจุลภาค (เช่นเฟอร์ไรต์, เบนไนท์, มาร์เทนไซต์, และระยะที่สอง) มีผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแกร่งของมัน, ความเหนียว, และความเหนียว. เพราะฉะนั้น, การวิเคราะห์เชิงลึกของโครงสร้างจุลภาคของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q และความสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเหล็ก, ปรับปรุงประสิทธิภาพของมัน, และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของท่อ.

ในปัจจุบัน, นักวิชาการหลายคนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับท่อเหล็กซีรีส์ X70/L485. ตัวอย่างเช่น, การศึกษาบางชิ้นได้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบขององค์ประกอบอัลลอยด์ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก X70, และพบว่าธาตุเช่น Nb, V, และ Ti สามารถปรับเกรนและปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กผ่านการปรับแต่งเกรนและการเสริมการตกตะกอน. การศึกษาอื่นๆ ได้ตรวจสอบอิทธิพลของกระบวนการบำบัดความร้อนที่มีต่อประสิทธิภาพของเหล็ก X70, และเสนอพารามิเตอร์การบำบัดความร้อนที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยม. ยังไงก็ตา, มีการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ค่อนข้างน้อย, โดยเฉพาะการวิเคราะห์โดยละเอียดของโครงสร้างแอคคิวลาร์เฟอร์ไรต์และผลกระทบต่อความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ. นอกจากนี้, การวิจัยเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลของเหล็ก X70Q/L485Q ภายใต้สภาวะการให้ความร้อนที่แตกต่างกันยังไม่เพียงพอ.

เพราะฉะนั้น, บทความนี้ดำเนินการศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q. โครงสร้างจุลภาคของเหล็กถูกสังเกตและวิเคราะห์โดยใช้ OM, WHO, และ TEM. สมบัติทางกลได้รับการทดสอบแรงดึง, ผลกระทบแบบชาร์ปี, และการทดสอบความแข็ง. มีการกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกล. นอกจากนี้, มีการตรวจสอบผลกระทบของกระบวนการนอร์มัลไลซ์และการแบ่งเบาบรรเทาต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็กเพื่อเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการผลิตและการประยุกต์ใช้เหล็กท่อไร้ตะเข็บ X70Q/L485Q.

นักวิชาการต่างประเทศได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับเหล็กท่อที่มีความแข็งแรงสูงเช่น X70 มาตั้งแต่ปี 1980. การศึกษาในช่วงแรกมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเหล็กกล้าท่อโลหะผสมขนาดเล็ก, และพบว่ามีการเติมธาตุไมโครอัลลอยด์ เช่น Nb, V, และ Ti สามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กได้อย่างมาก. ตัวอย่างเช่น, Nb สามารถชะลอการตกผลึกใหม่ของออสเทนไนต์ในระหว่างการรีดร้อน, ขัดเกลาธัญพืช, และรูปแบบ Nb(C,N) ตกตะกอนเพื่อเสริมสร้างเมทริกซ์. V สามารถสร้างตะกอน VC ได้, ซึ่งมีผลทำให้การตกตะกอนแข็งแกร่งขึ้น. Ti สามารถสร้างตะกอน TiN ได้, ซึ่งสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดออสเทนไนต์ระหว่างการให้ความร้อน.

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา, นักวิชาการต่างชาติให้ความสำคัญกับการควบคุมโครงสร้างจุลภาคและการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของท่อเหล็กมากขึ้น. การศึกษาบางชิ้นได้นำการควบคุมการกลิ้งและการระบายความร้อนแบบควบคุมมาใช้ (ทีเอ็มซีพี) เทคโนโลยีเพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคเนื้อละเอียดที่ประกอบด้วยเฟอร์ไรต์แบบแอคคิวลาร์และเฟอร์ไรต์แบบเหลี่ยม, ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำของเหล็กได้อย่างมาก. ตัวอย่างเช่น, สมิธและคณะ. ใช้เทคโนโลยี TMCP เพื่อผลิตเหล็กท่อ X70 ที่มีแอคคูลาร์เฟอร์ไรต์เป็นโครงสร้างจุลภาคหลัก, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกที่ -20 ℃ ถึงมากกว่านั้น 150 เจ. นอกจากนี้, นักวิชาการต่างประเทศยังได้ศึกษาความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กท่อ X70 ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น CO₂ และ H₂S, และเสนอมาตรการป้องกันการกัดกร่อนต่างๆ.

การวิจัยในประเทศเกี่ยวกับเหล็กท่อ X70/L485 เริ่มต้นค่อนข้างช้า, แต่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว. องค์กรเหล็กในประเทศและสถาบันการวิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาเหล็กท่อ X70/L485 ที่ตรงตามมาตรฐานสากลผ่านการวิจัยและพัฒนาอิสระและการแนะนำทางเทคนิค. การศึกษาบางชิ้นได้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบขององค์ประกอบอัลลอยด์ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก X70. ตัวอย่างเช่น, หลี่และคณะ. ศึกษาผลกระทบของปริมาณ Nb ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กท่อ X70, และพบว่าเมื่อมีเนื้อหา Nb เป็น 0.03%-0.06%, เหล็กมีคุณสมบัติครบวงจรที่ดีที่สุด. การศึกษาอื่นๆ ได้ตรวจสอบอิทธิพลของกระบวนการบำบัดความร้อนที่มีต่อประสิทธิภาพของเหล็ก X70. ตัวอย่างเช่น, วังและคณะ. ศึกษาผลของการปรับอุณหภูมิให้เป็นปกติต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก X70, และพบว่าอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมที่สุดคือ 920-950°C.

ยังไงก็ตา, ยังมีข้อบกพร่องบางประการในการวิจัยในปัจจุบัน. ในด้านหนึ่ง, วัตถุวิจัยส่วนใหญ่เป็นเหล็กท่อเชื่อม, และการวิจัยเกี่ยวกับเหล็กท่อไร้ตะเข็บยังมีน้อย. ในทางตรงข้าม, การวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก X70Q/L485Q ที่มีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยมนั้นยังไม่มีระบบเพียงพอ, โดยเฉพาะการวิเคราะห์โดยละเอียดของโครงสร้างแอคคิวลาร์เฟอร์ไรต์และผลกระทบต่อความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ. เพราะฉะนั้น, จำเป็นต้องดำเนินการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q.

วัตถุประสงค์หลักของบทความนี้มีดังนี้: (1) เพื่อสังเกตและวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q โดยใช้ OM, WHO, และ TEM, และกำหนดประเภท, สัณฐานวิทยา, ขนาด, และการกระจายส่วนประกอบทางโครงสร้างจุลภาค. (2) เพื่อทดสอบคุณสมบัติทางกลของเหล็กโดยผ่านแรงดึง, ผลกระทบแบบชาร์ปี, และการทดสอบความแข็ง, และประเมินประสิทธิภาพตาม API 5L และ GB/T 9711 มาตรฐาน. (3) เพื่อหารือเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกลของเหล็ก, และชี้แจงบทบาทของส่วนประกอบโครงสร้างจุลภาคแต่ละส่วนในการกำหนดคุณสมบัติทางกล. (4) เพื่อตรวจสอบผลกระทบของกระบวนการทำให้เป็นมาตรฐานและกระบวนการแบ่งเบาบรรเทาต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก, และเสนอพารามิเตอร์การบำบัดความร้อนที่เหมาะสมที่สุด.

ขอบเขตการวิจัยของบทความนี้ประกอบด้วย: (1) ท่อเหล็กไร้รอยต่อ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับตามที่ได้รับ. (2) เหล็กหลังจากผ่านกระบวนการบำบัดความร้อนต่างๆ (การทำให้เป็นมาตรฐานที่ 880-980 ℃, แบ่งเบาบรรเทาที่ 550-700 ℃). (3) การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของเหล็กโดยใช้ OM, WHO, และ TEM. (4) การทดสอบสมบัติทางกลของเหล็กโดยใช้การทดสอบแรงดึงแกนเดียว, การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี, และการทดสอบความแข็ง.

บทความนี้แบ่งออกเป็นหกบท. บท 1 คือการแนะนำตัว, ซึ่งกล่าวถึงภูมิหลังและความสำคัญของการวิจัยอย่างละเอียด, สรุปสถานะการวิจัยในประเทศและต่างประเทศ, ชี้แจงวัตถุประสงค์และขอบเขตการวิจัย, และแนะนำโครงสร้างของวิทยานิพนธ์. บท 2 แนะนำคุณลักษณะวัสดุของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q, รวมถึงองค์ประกอบทางเคมีและกระบวนการผลิต. บท 3 อธิบายวิธีการทดลอง, รวมถึงการเตรียมตัวอย่างด้วย, วิธีการสังเกตโครงสร้างจุลภาค, และวิธีทดสอบสมบัติทางกล. บท 4 วิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของเหล็กที่ได้รับและเหล็กอบร้อน. บท 5 ทดสอบและวิเคราะห์คุณสมบัติทางกลของเหล็ก, และอภิปรายความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกล. บท 6 คือข้อสรุปและโอกาส, ซึ่งสรุปผลการวิจัยหลัก, ชี้ให้เห็นข้อบกพร่องของการวิจัย, และตั้งตารอทิศทางการวิจัยในอนาคต.

API 5L X70Q/L485Q เหล็กท่อไร้รอยต่อเป็นเหล็กโลหะผสมต่ำที่มีความแข็งแรงสูง, และองค์ประกอบทางเคมีได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดโดย API 5L และ GB/T 9711 มาตรฐาน. องค์ประกอบทางเคมีของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับที่ใช้ในการศึกษานี้ตรวจพบโดยสเปกโตรมิเตอร์แบบอ่านโดยตรง, และผลลัพธ์แสดงตามตาราง 1 (เศษส่วนมวล, %).

ธาตุ

C

ศรี

Mn

P

S

Nb

V

Ti

Cr

Mo

Ni

Cu

ตาเฟ่

เนื้อหา

0.08

0.35

1.60

0.015

0.005

0.045

0.030

0.020

0.15

0.10

0.20

0.10

บาล.

ขีดจำกัด 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

บาล.

ดูได้จากตาราง 1 องค์ประกอบทางเคมีของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ใช้ในการศึกษานี้ตรงตามข้อกำหนดของมาตรฐาน API 5L อย่างครบถ้วน. องค์ประกอบการผสมหลักและหน้าที่มีดังนี้:

(1) ซ่อนประเภท= (C): คาร์บอนเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ช่วยเสริมความแข็งแรงของเหล็ก. ปริมาณคาร์บอนที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กได้ด้วยการเสริมสารละลายที่เป็นของแข็ง. ยังไงก็ตา, ปริมาณคาร์บอนที่มากเกินไปจะลดความเหนียวและความสามารถในการเชื่อมของเหล็ก. เพราะฉะนั้น, ปริมาณคาร์บอนของเหล็ก X70Q/L485Q ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดด้านล่าง 0.10%.

(2) ซิลิคอน (ศรี): ซิลิคอนเป็นตัวกำจัดออกซิไดเซอร์และยังสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กได้ด้วยการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็ง. ปริมาณซิลิคอนของเหล็ก X70Q/L485Q ถูกควบคุมระหว่าง 0.10% และ 0.40%.

(3) แมงกานีส (Mn): แมงกานีสเป็นองค์ประกอบออสเทนไนซ์ที่สำคัญและสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กได้อย่างมาก. แมงกานีสยังสามารถขัดเกลาเมล็ดพืชและปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กได้. ปริมาณแมงกานีสของเหล็ก X70Q/L485Q ถูกควบคุมระหว่าง 1.20% และ 1.80%.

(4) phosphorus (P) และกำมะถัน(ซัลเฟอร์)จาก (S): ฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ที่เป็นอันตราย. ฟอสฟอรัสจะช่วยลดความเหนียวของเหล็ก, โดยเฉพาะความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ, และทำให้เกิดความเปราะเย็น. ซัลเฟอร์จะรวมตัวเป็น MnS, ซึ่งจะลดความเหนียวและความเหนียวของเหล็กและทำให้เกิดความเปราะร้อน. เพราะฉะนั้น, เนื้อหาของฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดด้านล่าง 0.025% และ 0.010% ตามลำดับ.

(5) ไนโอเบียม (Nb), วานาเดียม (V), ไทเทเนียม (Ti): สิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบไมโครอัลลอยด์, ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกลั่นเมล็ดพืชและปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก. Nb สามารถชะลอการตกผลึกใหม่ของออสเทนไนต์ในระหว่างการรีดร้อน, ขัดเกลาธัญพืช, และรูปแบบ Nb(C,N) ตกตะกอนเพื่อเสริมสร้างเมทริกซ์. V สามารถสร้างตะกอน VC ได้, ซึ่งมีผลทำให้การตกตะกอนแข็งแกร่งขึ้น. Ti สามารถสร้างตะกอน TiN ได้, ซึ่งสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดออสเทนไนต์ระหว่างการให้ความร้อน.

(6) โครเมียม (Cr), โมลิบดีนัม (Mo), นิกเกิล (Ni), ทองแดง (Cu): องค์ประกอบเหล่านี้สามารถปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กได้. การเติมองค์ประกอบเหล่านี้อย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงคุณสมบัติที่ครอบคลุมของเหล็ก X70Q/L485Q ได้ดียิ่งขึ้น.

กระบวนการผลิตท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ส่วนใหญ่รวมถึงการถลุง, การคัดเลือกนักแสดง, เจาะ, กลิ้ง, การรักษาความร้อน, และการตกแต่ง. กระบวนการผลิตเฉพาะมีดังนี้:

(1) การถลุง: เหล็กถูกหลอมด้วยเตาออกซิเจนพื้นฐาน (โบฟ) หรือเตาอาร์คไฟฟ้า (EAF), แล้วขัดด้วยเตาทัพพี (แอลเอฟ) และการไล่แก๊สแบบสุญญากาศ (วีดี) เพื่อลดปริมาณสิ่งสกปรกและก๊าซ, และปรับองค์ประกอบทางเคมีให้ตรงตามความต้องการ.

(2) การคัดเลือกนักแสดง: เหล็กหลอมที่หลอมแล้วจะถูกหล่อเป็นเหล็กแท่งโดยกระบวนการหล่อแบบต่อเนื่อง. เหล็กแท่งหล่อแบบต่อเนื่องมีองค์ประกอบทางเคมีสม่ำเสมอและมีโครงสร้างหนาแน่น, ซึ่งเป็นการวางรากฐานที่ดีสำหรับการประมวลผลในภายหลัง.

(3) เจาะ: เหล็กแท่งหล่อแบบต่อเนื่องจะถูกให้ความร้อนที่ 1200-1250°C ในเตาให้ความร้อน, แล้วเจาะเป็นท่อนกลวงโดยช่างเจาะ. กระบวนการเจาะถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตท่อเหล็กไร้ตะเข็บ, ซึ่งกำหนดความหนาของผนังและเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเหล็กแท่งกลวง.

(4) กลิ้ง: เหล็กแท่งกลวงจะถูกรีดเป็นท่อเหล็กไร้ตะเข็บตามขนาดที่ต้องการโดยโรงรีดแบบต่อเนื่องหรือโรงสีแมนเดรล. ในระหว่างกระบวนการรีด, อุณหภูมิและความเร็วในการหมุนถูกควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติและพื้นผิว คุณภาพ ของท่อเหล็ก.

(5) การรักษาความร้อน: ท่อเหล็กไร้ตะเข็บรีดต้องผ่านกรรมวิธีทางความร้อน (เช่นการทำให้เป็นมาตรฐาน, การแบ่งเบาบรรเทา) เพื่อปรับโครงสร้างจุลภาคและปรับปรุงคุณสมบัติทางกล. กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนมีผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก X70Q/L485Q.

(6) เสร็จ: ท่อเหล็กที่ผ่านการอบร้อนจะต้องผ่านกระบวนการตกแต่งขั้นสุดท้าย เช่น การยืดผม, ตัด, และการรักษาพื้นผิวเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย.

กระบวนการผลิตเหล็กท่อไร้รอยต่อ API 5L X70Q/L485Q มีความซับซ้อนและต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์แต่ละกระบวนการอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่า คุณภาพ ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย. ในหมู่พวกเขา, กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนเป็นส่วนสำคัญในการปรับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก.

วัสดุทดลองที่ใช้ในการศึกษานี้คือท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากับ 114 มิลลิเมตรและความหนาของผนัง 10 มม.. ตัวอย่างถูกตัดออกจากท่อเหล็กตามที่ได้รับและท่อเหล็กหลังจากกระบวนการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกัน.

สำหรับตัวอย่างการสังเกตโครงสร้างจุลภาค: ตัวอย่างถูกตัดเป็น 10 มม. × 10 มม. × 5 มม. ชิ้น. โดยนำตัวอย่างมาบดด้วย 400#, 800#, 1200#, และ 2000# กระดาษทรายในทางกลับกัน, แล้วขัดด้วยน้ำยาขัดเพชร (ขนาดอนุภาค 1.5 µm), และสุดท้ายก็สลักด้วย 4% สารละลายแอลกอฮอล์กรดไนตริกสำหรับ 5-10 วินาที. ตัวอย่างที่สลักไว้จะถูกทำความสะอาดด้วยแอลกอฮอล์และทำให้แห้งเพื่อการสังเกตโครงสร้างจุลภาค.

สำหรับตัวอย่างทดสอบคุณสมบัติทางกล: (1) ตัวอย่างการทดสอบแรงดึง: ตัวอย่างแรงดึงได้รับการประมวลผลตาม GB/T 228.1-2010 มาตรฐาน, ด้วยความยาวเกจของ 50 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางเกจของ 10 มม., และมีความยาวรวมของ 150 มม.. (2) ตัวอย่างการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี: ตัวอย่างผลกระทบได้รับการประมวลผลตาม GB/T 229-2020 มาตรฐาน, ด้วยขนาดของ 10 มม. × 10 มม. × 55 มม., และรอยบากรูปตัว V (ความลึกของรอยบาก 2 มม., มุมบาก 45°, รัศมีราก 0.25 มม.). (3) ตัวอย่างการทดสอบความแข็ง: ตัวอย่างถูกตัดเป็น 10 มม. × 10 มม. × 10 มม. ชิ้น, และพื้นผิวถูกบดและขัดเงาเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเรียบ.

สำหรับตัวอย่างการอบชุบด้วยความร้อน: ตัวอย่างตามที่ได้รับจะต้องผ่านการบำบัดความร้อนให้เป็นมาตรฐานและแบ่งเบาบรรเทา. อุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานถูกตั้งไว้ที่ 880 ℃, 920℃, 950℃, และ 980 ℃, และเวลาถือครองคือ 30 นาที, จากนั้นระบายความร้อนด้วยอากาศ. อุณหภูมิการแบ่งเบาตั้งไว้ที่ 550 ℃, 600℃, 650℃, และ 700 ℃, และเวลาถือครองคือ 60 นาที, จากนั้นระบายความร้อนด้วยอากาศ.

โครงสร้างจุลภาคของตัวอย่างถูกสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์สามประเภท:

(1) กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (เกี่ยวกับ): กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง Olympus GX71 ใช้ในการสังเกตโครงสร้างจุลภาคขนาดมหึมาของตัวอย่าง, และวัดขนาดเกรนโดยใช้วิธีสกัดกั้นเชิงเส้นตาม GB/T 6394-2017 มาตรฐาน.

(2) การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (WHO): Zeiss Sigma 300 ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเพื่อสังเกตโครงสร้างจุลภาคโดยละเอียดของตัวอย่าง, เช่นรูปร่างของเฟอร์ไรต์, เบนไนท์, และหมู่เกาะมาเอ, และการกระจายตัวของสิ่งเจือปน. แรงดันไฟฟ้าที่เร่งได้ 20 กิโลโวลต์.

(3) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (เทม): กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน JEOL JEM-2100 ใช้ในการสังเกตโครงสร้างจุลภาคที่ดีของตัวอย่าง, เช่นโครงสร้างผลึกของเฟอร์ไรต์, สัณฐานวิทยาและขนาดของตะกอน, และโครงสร้างความคลาดเคลื่อน. แรงดันไฟฟ้าที่เร่งได้ 200 กิโลโวลต์. ตัวอย่าง TEM เตรียมโดยการตัด 3 มม. × 3 มิลลิเมตร จากตัวอย่างการสังเกตโครงสร้างจุลภาค, บดให้ได้ความหนา 100 µm, จากนั้นก็เจาะเข้าไป 3 แผ่นดิสก์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมม, และในที่สุดก็ทำให้บางลงจนโปร่งใสโดยใช้เครื่องขัดด้วยไฟฟ้าเจ็ทคู่. สารละลายขัดเงาด้วยไฟฟ้าเป็นสารละลายผสมของ 5% กรดเปอร์คลอริกและ 95% เอทานอล, อุณหภูมิการขัดเงาอยู่ที่ -20 ℃, และแรงดันไฟฟ้าในการขัดคือ 20 V.

ทดสอบคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างโดยใช้วิธีการต่อไปนี้:

(1) การทดสอบแรงดึงแกนเดียว: เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ Zwick/Roell Z100 ถูกนำมาใช้ในการทดสอบแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง (25℃) โดยมีอัตราการโหลดอยู่ที่ 2 มม./นาที. มีการทดสอบสามตัวอย่างสำหรับแต่ละเงื่อนไข, และเอาค่าเฉลี่ยมา. ความแข็งแรงของผลผลิต (ซิₛ), ความแข็งแรง (ซิก), และการยืดตัว (ง) วัดตาม GB/T 228.1-2010 มาตรฐาน.

(2) การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี: เครื่องทดสอบแรงกระแทกของ Zwick/Roell HIT50P ถูกนำมาใช้ในการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปีที่อุณหภูมิ -20°C. มีการทดสอบสามตัวอย่างสำหรับแต่ละเงื่อนไข, และเอาค่าเฉลี่ยมา. พลังงานดูดซับแรงกระแทก (อₖᵥ) วัดตาม GB/T 229-2020 มาตรฐาน.

(3) ทดสอบความแหลม:: เครื่องทดสอบความแข็งแบบ Rockwell ถูกนำมาใช้ในการทดสอบความแข็งด้วยโหลด 150 kgf และระยะเวลาการถือครองของ 15 วินาที. มีจุดตรวจวัดห้าจุดสำหรับแต่ละตัวอย่าง, และเอาค่าเฉลี่ยมา. ความแข็งแบบร็อกเวลล์ (เหล็กแผ่นรีดร้อน) วัดตาม GB/T 230.1-2018 มาตรฐาน.

รูป 1 แสดง OM, WHO, และรูปภาพ TEM ของท่อเหล็กไร้รอยต่อ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับ. ดูได้จากรูป 1(A) (เกี่ยวกับภาพ) โครงสร้างจุลภาคของเหล็กตามที่ได้รับนั้นประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (ของ), เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (พีเอฟ), และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย (b). เมล็ดละเอียดและสม่ำเสมอ, และขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 8 µm. เฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์เป็นส่วนประกอบทางโครงสร้างจุลภาคหลัก, การบัญชีประมาณ 65%-70%. โพลีกอนอลเฟอร์ไรต์มีสัดส่วนประมาณ 20%-25%, และเบนไนต์คิดเป็นประมาณ 5%-10%.

รูป 1(b) (ภาพ SEM) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาโดยละเอียดของโครงสร้างจุลภาค. เฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์มีรูปร่างเป็นแอคคิวลาร์ที่ละเอียด, และเข็มก็เชื่อมต่อกัน, ก่อให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายที่หนาแน่น. เฟอร์ไรต์เหลี่ยมมีรูปทรงเหลี่ยมสม่ำเสมอ, และขอบเขตของเมล็ดข้าวก็ชัดเจน. เบนไนต์มีรูปร่างคล้ายไม้ระแนง, และระแนงนั้นขนานกัน. นอกจากนี้, มาร์เทนไซต์-ออสเทนไนต์จำนวนเล็กน้อย (ม) มีการสังเกตเกาะต่างๆ ที่ขอบเขตของเกรนและระหว่างเข็มเฟอร์ไรต์ที่เป็นแอคคูลาร์. เกาะ M-A มีขนาดเล็ก, มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5-1 µm.

รูป 1(C) (รูปภาพ TEM) แสดงโครงสร้างจุลภาคละเอียดของเหล็กตามที่ได้รับ. เฟอร์ไรต์แอคคูลาร์มีลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ตัวถัง (สำเนาลับถึง) โครงสร้างผลึก, และมีความคลาดเคลื่อนจำนวนมากในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์. ความคลาดเคลื่อนมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอ, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็ก. นอกจากนี้, มีการตกตะกอนละเอียดจำนวนมากในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์. ตะกอนมีลักษณะเป็นทรงกลมหรือรูปไข่, ด้วยขนาดประมาณ 5-20 นาโนเมตร. การวิเคราะห์ EDS แสดงให้เห็นว่าตะกอนส่วนใหญ่เป็น Nb(C,N) และวีซี, ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากธาตุไมโครอัลลอยด์. การตกตะกอนเหล่านี้สามารถตรึงความคลาดเคลื่อนและขอบเขตของเมล็ดข้าวได้, ขัดเกลาธัญพืช, และปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก.

การก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการผลิต. ระหว่างกระบวนการรีดและทำความเย็น, ออสเทนไนต์จะถูกเปลี่ยนเป็นเฟอร์ไรต์แบบแอคคูลาร์, เฟอร์ไรต์เหลี่ยม, และเบนไนต์. ธาตุไมโครอัลลอยด์ เช่น Nb, V, และ Ti มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเปลี่ยนแปลง. Nb ชะลอการตกผลึกใหม่ของออสเทนไนต์, ทำให้เมล็ดออสเทนไนต์ละเอียดยิ่งขึ้น. ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น, เม็ดออสเทนไนต์เนื้อละเอียดสามารถเปลี่ยนเป็นเฟอร์ไรต์ชนิดแอคคิวลาร์ได้ง่าย. V และ Ti ก่อให้เกิดตะกอนละเอียด, ซึ่งช่วยปรับแต่งเมล็ดข้าวและปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็ก.

รูป 2 แสดงภาพ OM ของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q หลังจากปรับให้เป็นมาตรฐานที่อุณหภูมิต่างๆ (880℃, 920℃, 950℃, 980℃) และระบายความร้อนด้วยอากาศ. ดูได้จากรูป 2 อุณหภูมิที่ทำให้เป็นปกติมีผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคของเหล็ก.

เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 880 ℃ (รูป 2(A)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์, เฟอร์ไรต์เหลี่ยม, และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย. ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 9 µm. เทียบกับเหล็กที่ได้รับมา, สัดส่วนของแอคคิวลาร์เฟอร์ไรต์ลดลงเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 60%), และสัดส่วนของโพลีกอนอลเฟอร์ไรต์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 25%). เนื่องจากอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานค่อนข้างต่ำ, เมล็ดออสเทนไนต์ยังเติบโตไม่เต็มที่, และการเปลี่ยนออสเทนไนต์ไปเป็นเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์นั้นยังไม่เพียงพอ.

เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 920°C (รูป 2(b)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กส่วนใหญ่ประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (เกี่ยวกับ 75%), โดยมีเฟอร์ไรต์เหลี่ยมจำนวนเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 20%) และเบนไนต์ (เกี่ยวกับ 5%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 7 µm. เฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์นั้นละเอียดและหนาแน่น, และมีระดับการประสานกันสูง. เนื่องจากอุณหภูมิปกติมีความเหมาะสม, เมล็ดออสเทนไนต์โตเต็มที่และสม่ำเสมอ, และการเปลี่ยนออสเทนไนต์ไปเป็นเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์ก็เพียงพอแล้ว. โครงสร้างเฟอร์ไรต์แบบเม็ดละเอียดมีประโยชน์ในการปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก.

เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 950°C (รูป 2(C)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กยังคงประกอบด้วยเฟอร์ไรต์แอคคิวลาร์เป็นส่วนใหญ่ (เกี่ยวกับ 70%), โดยมีเฟอร์ไรต์เหลี่ยมจำนวนเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 22%) และเบนไนต์ (เกี่ยวกับ 8%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 8 µm. เมื่อเทียบกับเหล็กมาตรฐานที่ 920 ℃, สัดส่วนของแอคคิวลาร์เฟอร์ไรต์ลดลงเล็กน้อย, และขนาดเกรนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย. เนื่องจากอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานสูงเกินไป, เมล็ดออสเทนไนต์เริ่มเติบโต, ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขนาดเกรนหลังการเปลี่ยนแปลง.

เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 980 ℃ (รูป 2(D)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (เกี่ยวกับ 55%), เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (เกี่ยวกับ 30%), และเบนไนต์ (เกี่ยวกับ 15%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 12 µm. ขนาดเกรนเพิ่มขึ้นอย่างมาก, และโครงสร้างเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์จะหยาบ. เนื่องจากอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานสูงเกินไป, เมล็ดออสเทนไนต์เติบโตมากเกินไป, ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขนาดเกรนอย่างมีนัยสำคัญหลังการเปลี่ยนแปลง. โครงสร้างจุลภาคแบบหยาบจะลดความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก.

ผลลัพธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q คือ 920-950°C. ภายในช่วงอุณหภูมินี้, เหล็กจะได้โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอโดยมีสัดส่วนเฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดสูง, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็ก.

รูป 3 แสดงภาพ OM ของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q หลังจากทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920 ℃ และอบคืนตัวที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน (550℃, 600℃, 650℃, 700℃) และระบายความร้อนด้วยอากาศ. ดูได้จากรูป 3 อุณหภูมิการอบคืนตัวยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างจุลภาคของเหล็กด้วย.

เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 550 ℃ (รูป 3(A)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กมีความคล้ายคลึงกับเหล็กธรรมดา, ประกอบด้วยเฟอร์ไรต์ชนิดแอคคูลาร์เป็นหลัก, เฟอร์ไรต์เหลี่ยม, และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย. ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 7 µm. ไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับเหล็กธรรมดา. เนื่องจากอุณหภูมิการอบคืนตัวค่อนข้างต่ำ, การฟื้นตัวและการตกผลึกซ้ำของเมทริกซ์เฟอร์ไรต์ยังไม่เพียงพอ, และการเปลี่ยนแปลงของระยะที่สองยังไม่ชัดเจน.

เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 600 ℃ (รูป 3(b)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กยังคงประกอบด้วยเฟอร์ไรต์แอคคิวลาร์เป็นส่วนใหญ่ (เกี่ยวกับ 72%), โดยมีเฟอร์ไรต์เหลี่ยมจำนวนเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 23%) และเบนไนต์ (เกี่ยวกับ 5%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 7 µm. เฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์นั้นละเอียดและสม่ำเสมอ, และความคลาดเคลื่อนในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์จะลดลง. มีการสังเกตการตกตะกอนของซีเมนไทต์จำนวนเล็กน้อยที่ขอบเขตของเกรนและระหว่างเข็มเฟอร์ไรต์. การตกตะกอนของซีเมนต์นั้นละเอียดและเป็นทรงกลม, ซึ่งสามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้.

เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 650 ℃ (รูป 3(C)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (เกี่ยวกับ 68%), เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (เกี่ยวกับ 27%), และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย (เกี่ยวกับ 5%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 8 µm. เฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดเริ่มสลายตัว, และเฟอร์ไรต์เหลี่ยมจะโตขึ้นเล็กน้อย. พบการตกตะกอนของซีเมนต์ไนต์ละเอียดจำนวนมากในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์. การตกตะกอนของซีเมนต์มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอ, ซึ่งสามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้. ยังไงก็ตา, ขนาดเกรนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย, ซึ่งอาจส่งผลให้ความแข็งแรงของเหล็กลดลงได้.

เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 700 ℃ (รูป 3(D)), โครงสร้างจุลภาคของเหล็กประกอบด้วยเฟอร์ไรต์หลายเหลี่ยม (เกี่ยวกับ 50%), เฟอร์ไรท์แบบเฉียบพลัน (เกี่ยวกับ 40%), และเบนไนต์ (เกี่ยวกับ 10%). ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 10 µm. เฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดจะสลายตัวอย่างมีนัยสำคัญ, และเฟอร์ไรต์เหลี่ยมก็โตขึ้นอย่างเห็นได้ชัด. ตะกอนซีเมนต์จะเติบโตและรวมตัวกัน, เกิดเป็นอนุภาคซีเมนต์ไทต์หยาบ. โครงสร้างจุลภาคหยาบและอนุภาคซีเมนต์ไทต์หยาบจะลดความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กลงอย่างมาก.

ผลลัพธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q หลังจากการนอร์มัลไลซ์ที่ 920°C คือ 600-650°C. ภายในช่วงอุณหภูมินี้, เหล็กสามารถรับโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอโดยมีสัดส่วนเฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดและตะกอนซีเมนต์ละเอียดสูง, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของเหล็ก.

ตาราง 2 แสดงคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับตามที่ได้รับ. ดูได้จากตาราง 2 ว่าเหล็กที่ได้รับนั้นมีคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยม. ผลผลิตมีความแข็งแรง 505 MPa, ความต้านทานแรงดึงคือ 635 MPa, การยืดตัวคือ 30%, พลังงานดูดซับแรงกระแทกที่ -20°C คือ 135 เจ, และความแข็งแบบร็อกเวลล์ก็คือ 20 เหล็กแผ่นรีดร้อน. ตัวบ่งชี้ทั้งหมดนี้ตรงตามข้อกำหนดของ API 5L และ GB/T โดยสมบูรณ์ 9711 มาตรฐาน (API 5L ต้องใช้เหล็ก X70 เพื่อให้ได้ผลผลิตที่≥485 MPa, ความต้านทานแรงดึงของ 600-750 MPa, การยืดตัวของ≥20%, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกที่ -20 ℃ ≥40 J).

ดัชนีคุณสมบัติทางกล	ความแข็งแรงของผลผลิต σₛ (MPa)	ความต้านแรงดึง σᵦ (MPa)	การยืดตัว δ (%)	พลังงานดูดซับแรงกระแทก Aₖᵥ (-20℃, เจ)	ความแข็งแบบร็อกเวลล์ HRC
ตามที่ได้รับเหล็ก	505	635	30	135	20
ข้อกำหนดมาตรฐาน API 5L	≥485	600-750	≥20	≥40	–

คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับตามที่ได้รับมีสาเหตุหลักมาจากโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียด. เฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์, ด้วยโครงสร้างที่ละเอียดและประสานกัน, สามารถขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็ก. ในเวลาเดียวกัน, โครงสร้างเฟอร์ไรต์ที่ประสานกันยังสามารถดูดซับพลังงานได้มากในระหว่างกระบวนการแตกหัก, ปรับปรุงความเหนียวของเหล็ก. เม็ดละเอียดจะตกตะกอน (Nb(C,N) และวีซี) ปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กเพิ่มเติมผ่านการเสริมกำลังการตกตะกอน. โพลีกอนอลเฟอร์ไรต์มีความเหนียวที่ดี, ซึ่งช่วยเพิ่มการยืดตัวของเหล็ก.

ตาราง 3 แสดงคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q หลังจากการทำให้เป็นมาตรฐานที่อุณหภูมิต่างกันและระบายความร้อนด้วยอากาศ. ดูได้จากตาราง 3 อุณหภูมิที่ทำให้เป็นมาตรฐานมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็ก.

การทำให้อุณหภูมิเป็นปกติ (℃)	ความแข็งแรงของผลผลิต σₛ (MPa)	ความต้านแรงดึง σᵦ (MPa)	การยืดตัว δ (%)	พลังงานดูดซับแรงกระแทก Aₖᵥ (-20℃, เจ)	ความแข็งแบบร็อกเวลล์ 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

เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 880 ℃, ความแข็งแรงของผลผลิต, ความแข็งแรง, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กจะต่ำกว่าเหล็กที่ได้รับเล็กน้อย. เนื่องจากอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานค่อนข้างต่ำ, สัดส่วนของเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์ต่ำ, และขนาดเกรนจะใหญ่ขึ้นเล็กน้อย. เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 920°C, เหล็กมีความแข็งแรงให้ผลผลิตสูงสุด (520 MPa), ความแข็งแรง (650 MPa), และพลังงานดูดซับแรงกระแทก (150 เจ). เนื่องจากเหล็กมีโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอโดยมีสัดส่วนเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์สูง, ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ. เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 950°C, ความแข็งแรงของผลผลิต, ความแข็งแรง, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กจะต่ำกว่าเหล็กมาตรฐานที่ 920 ℃เล็กน้อย. เนื่องจากขนาดเกรนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย, และสัดส่วนของแอคคิวลาร์เฟอร์ไรท์ลดลงเล็กน้อย. เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 980 ℃, ความแข็งแรงของผลผลิต, ความแข็งแรง, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กลดลงอย่างมาก. เนื่องจากขนาดเกรนเพิ่มขึ้นอย่างมาก, และโครงสร้างเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์จะหยาบ, ซึ่งทำให้ความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กลดลง.

ตาราง 4 แสดงคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q หลังจากทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920°C และอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่างๆ และระบายความร้อนด้วยอากาศ. ดูได้จากตาราง 4 อุณหภูมิการอบคืนตัวยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็กด้วย.

อุณหภูมิแบ่งเบา (℃)	ความแข็งแรงของผลผลิต σₛ (MPa)	ความต้านแรงดึง σᵦ (MPa)	การยืดตัว δ (%)	พลังงานดูดซับแรงกระแทก Aₖᵥ (-20℃, เจ)	ความแข็งแบบร็อกเวลล์ 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

เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 550 ℃, คุณสมบัติทางกลของเหล็กมีความคล้ายคลึงกับคุณสมบัติทางกลของเหล็กธรรมดา. เนื่องจากอุณหภูมิการอบคืนตัวค่อนข้างต่ำ, การฟื้นตัวและการตกผลึกซ้ำของเมทริกซ์เฟอร์ไรต์ยังไม่เพียงพอ, และการเปลี่ยนแปลงของระยะที่สองยังไม่ชัดเจน. เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 600 ℃, เหล็กมีความยืดตัวสูงสุด (33%) และพลังงานดูดซับแรงกระแทก (160 เจ). เนื่องจากอุณหภูมิในการอบคืนตัวมีความเหมาะสม, ความคลาดเคลื่อนในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์จะลดลง, และเกิดตะกอนซีเมนต์ละเอียดจำนวนมาก. การตกตะกอนของซีเมนต์ไนต์ละเอียดสามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้, และการฟื้นตัวของเมทริกซ์เฟอร์ไรต์สามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้. เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 650 ℃, ความแข็งแรงของผลผลิต, ความแข็งแรง, ยืดตัว, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กจะต่ำกว่าเหล็กที่อุณหภูมิ 600 ℃เล็กน้อย. เนื่องจากขนาดเกรนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย, และตะกอนซีเมนต์ก็เริ่มก่อตัวขึ้น. เมื่ออุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาอยู่ที่ 700 ℃, ความแข็งแรงของผลผลิต, ความแข็งแรง, ยืดตัว, และพลังงานการดูดซับแรงกระแทกของเหล็กลดลงอย่างมาก. เนื่องจากเฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดจะสลายตัวอย่างมีนัยสำคัญ, เฟอร์ไรต์เหลี่ยมจะโตขึ้นอย่างเห็นได้ชัด, และตะกอนซีเมนต์จะเติบโตและรวมตัวกัน, ซึ่งทำให้ความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กลดลง.

คุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ถูกกำหนดโดยโครงสร้างจุลภาคโดยเนื้อแท้. จากการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลข้างต้น, ความสัมพันธ์ระหว่างกันสามารถสรุปได้ดังนี้:

ประการแรก, เฟอร์ไรท์แบบเฉียบพลัน (ของ) เป็นส่วนประกอบโครงสร้างจุลภาคหลักที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของเหล็ก. โครงสร้างเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ที่ละเอียดและประสานกันสามารถขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนตัวระหว่างกระบวนการดึงได้อย่างมาก, จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตและความต้านทานแรงดึงของเหล็กผ่านการเสริมความคลาดเคลื่อน. ในขณะเดียวกัน, ในระหว่างกระบวนการกระแทก, เฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ที่เชื่อมต่อกันสามารถป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกได้อย่างมีประสิทธิภาพ - รอยแตกจะต้องข้ามเข็มเฟอร์ไรต์แบบแอคคูลาร์เมื่อขยาย, ซึ่งใช้พลังงานปริมาณมาก, จึงช่วยปรับปรุงความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำของเหล็กได้อย่างมาก. ยิ่งมีสัดส่วนของเฟอร์ไรท์สูง, ยิ่งขนาดเกรนละเอียดเท่าไร, และคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของเหล็กก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น. ตัวอย่างเช่น, เมื่อเหล็กถูกทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920 ℃, สัดส่วนของเฟอร์ไรต์รูปแหลมถึงประมาณ 75%, และกำลังรับผลผลิตที่สอดคล้องกัน, ความแข็งแรง, และพลังงานดูดซับแรงกระแทกล้วนถึงค่าสูงสุด, ซึ่งตรวจสอบบทบาทที่โดดเด่นของเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์ได้อย่างสมบูรณ์.

ประการที่สอง, เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (พีเอฟ) มีผลดีต่อความเหนียวของเหล็ก. โพลีกอนอลเฟอร์ไรต์มีรูปทรงโพลิกอนสม่ำเสมอและมีการคลาดเคลื่อนภายในน้อยกว่า, จึงมีความเหนียวได้ดี. สัดส่วนที่เหมาะสมของโพลีกอนอลเฟอร์ไรต์สามารถปรับปรุงการยืดตัวของเหล็กได้, ทำให้เหล็กมีความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกได้ดีขึ้น. ยังไงก็ตา, หากสัดส่วนของโพลีกอนอลเฟอร์ไรต์สูงเกินไป, ความแข็งแรงของเหล็กจะลดลง. ตัวอย่างเช่น, เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 980 ℃, สัดส่วนของเฟอร์ไรต์เหลี่ยมเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 30%, และความแข็งแรงครากและความต้านทานแรงดึงของเหล็กลดลงอย่างมีนัยสำคัญถึง 480 MPa และ 610 MPa ตามลำดับ.

ประการที่สาม, เบนไนท์ (b) และมาร์เทนไซต์-ออสเทนไนต์ (ม) เกาะมีผลกระทบสองประการต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็ก. เบนไนต์จำนวนเล็กน้อยสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กได้เนื่องจากมีโครงสร้างไม้ระแนงหนาแน่น. ยังไงก็ตา, เบนไนต์ที่มากเกินไปจะลดความเหนียวของเหล็กลงเนื่องจากโครงสร้างไม้ระแนงทำให้เกิดความเครียดได้ง่าย. เกาะ M-A อยู่ในช่วงแข็งและเปราะ. เกาะ M-A ละเอียดจำนวนเล็กน้อยสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็กได้ผ่านการเสริมการกระจายตัว, แต่ถ้าเกาะ M-A มีลักษณะหยาบหรือกระจายตัวเป็นกระจุก, พวกเขาจะกลายเป็นแหล่งที่มาของรอยแตกในระหว่างกระบวนการกระแทก, ลดความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำของเหล็กลงอย่างมาก. ในเหล็กตามที่ได้รับและเหล็กหลังการรักษาความร้อนที่เหมาะสมที่สุด, เนื้อหาของเบนไนต์ถูกควบคุมด้านล่าง 5%-10%, และหมู่เกาะ M-A มีการกระจายตัวที่ดีและสม่ำเสมอ, จึงไม่ส่งผลเสียต่อความเหนียวของเหล็ก.

ประการที่สี่, ตกตะกอนละเอียด (Nb(C,N), วีซี) มีบทบาทสำคัญในการเสริมสร้างปริมาณน้ำฝน. ธาตุไมโครอัลลอยด์ Nb, V, และ Ti ในรูปแบบเหล็กจะตกตะกอนละเอียดในระหว่างกระบวนการผลิตและการบำบัดความร้อน. การตกตะกอนเหล่านี้เป็นทรงกลมหรือทรงรี, ด้วยขนาดประมาณ 5-20 นาโนเมตร, และสามารถปักหมุดความคลาดเคลื่อนและขอบเขตของเมล็ดข้าวได้. ในด้านหนึ่ง, พวกเขาป้องกันการเคลื่อนไหวของความคลาดเคลื่อน, ปรับปรุงความแข็งแรงของเหล็ก; ในทางตรงข้าม, พวกมันป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช, การปรับขนาดของเกรน, และทำให้เหล็กมีความเหนียวเพิ่มขึ้น. ผลการสังเกต TEM แสดงให้เห็นว่าการตกตะกอนในเหล็กตามที่ได้รับและเหล็กหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนอย่างเหมาะสมมีความละเอียดและกระจายสม่ำเสมอ, ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้คุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยมของเหล็ก.

ในที่สุด, ขนาดเกรนมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของเหล็ก. ตามสูตรฮอลล์-เพชร, ความแข็งแรงของเหล็กจะแปรผกผันกับรากที่สองของขนาดเกรน ยิ่งขนาดเกรนยิ่งละเอียด, ยิ่งมีความแข็งแรงของเหล็กมากเท่าไร. ในเวลาเดียวกัน, เม็ดละเอียดยังสามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้เนื่องจากขอบเขตของเมล็ดข้าวสามารถขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว. ตัวอย่างเช่น, เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 920°C, ขนาดเกรนเฉลี่ยของเหล็กอยู่ที่ประมาณ 7 µm, ซึ่งเล็กที่สุดในบรรดาเงื่อนไขการทดสอบทั้งหมด, และคุณสมบัติทางกลที่สอดคล้องกันนั้นดีที่สุด. เมื่ออุณหภูมิการทำให้เป็นปกติคือ 980 ℃, ขนาดเกรนเฉลี่ยเพิ่มขึ้นเป็น 12 µm, และคุณสมบัติทางกลของเหล็กลดลงอย่างมาก.

เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการแตกหักของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q และความสัมพันธ์กับโครงสร้างจุลภาค, สัณฐานวิทยาการแตกหักของตัวอย่างแรงดึงและแรงกระแทกแบบชาร์ปีถูกสังเกตโดย SEM. รูป 4 แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักของ SEM ของเหล็กตามที่ได้รับและเหล็กหลังการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่างกัน.

รูป 4(A) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาการแตกหักของแรงดึงของเหล็กที่ได้รับ. จะเห็นได้ว่าพื้นผิวที่แตกหักประกอบด้วยรอยบุ๋มขนาดต่างๆ จำนวนมาก, และรอยบุ๋มก็กระจายสม่ำเสมอกัน. นอกจากนี้ยังมีรอยฉีกขาดระหว่างลักยิ้มจำนวนเล็กน้อย. นี่เป็นลักษณะทางสัณฐานวิทยาของการแตกหักแบบทั่วไป, แสดงว่าเหล็กที่ได้รับมีความเหนียวดี. การก่อตัวของลักยิ้มเกิดจากการนิวเคลียส, การเจริญเติบโต, และการรวมตัวกันของช่องว่างในระหว่างกระบวนการดึง. โครงสร้างจุลภาคที่ดีของเหล็กที่ได้รับจะทำให้มีจุดเกิดนิวเคลียสมากขึ้นสำหรับช่องว่าง, และโครงสร้างเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ที่ประสานกันสามารถขัดขวางการเติบโตและการรวมตัวกันของช่องว่างได้, จึงเกิดเป็นลักยิ้มเล็กๆ จำนวนมาก.

รูป 4(b) แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักของแรงดึงของเหล็กที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920 ℃. เทียบกับเหล็กที่ได้รับมา, รอยบุ๋มบนพื้นผิวที่แตกหักนั้นละเอียดกว่าและสม่ำเสมอกว่า, และจำนวนสันน้ำตาก็เพิ่มขึ้น. สิ่งนี้บ่งชี้ว่าเหล็กที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920 ℃ มีความเหนียวดีกว่าและมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า. โครงสร้างเฟอร์ไรต์แบบแอคคูลาร์ละเอียดในเหล็กทำให้มีจุดเกิดนิวเคลียสมากขึ้นสำหรับช่องว่าง, และตะกอนละเอียดจะตรึงความคลาดเคลื่อนไว้, ทำให้ความว่างเปล่าและการรวมตัวกันยากขึ้น, จึงทำให้เกิดลักยิ้มที่ละเอียดยิ่งขึ้น.

รูป 4(C) แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักของแรงดึงของเหล็กที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่ 980 ℃. จะเห็นได้ว่ารอยบุ๋มบนพื้นผิวที่แตกหักนั้นหยาบและกระจายไม่สม่ำเสมอ, และมีระนาบร่องอกจำนวนเล็กน้อย. นี่บ่งชี้ว่าเหล็กที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่ 980 ℃ มีความเหนียวต่ำ, และโหมดการแตกหักคือการแตกหักแบบผสมระหว่างความเหนียวและความเปราะบาง. โครงสร้างจุลภาคที่หยาบของเหล็กทำให้ช่องว่างเติบโตได้ง่ายและรวมตัวกันในระหว่างกระบวนการดึง, และความเข้มข้นของความเครียดเกิดขึ้นได้ง่ายที่ขอบเขตเกรน, นำไปสู่การเกิดระนาบแตกแยก.

รูป 4(D) แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักแบบชาร์ปีของเหล็กที่ได้รับที่ -20 ℃. พื้นผิวที่แตกหักประกอบด้วยรอยบุ๋มและรอยฉีกขาดจำนวนมาก, โดยไม่มีระนาบความแตกแยกที่ชัดเจน. นี่เป็นลักษณะทางสัณฐานวิทยาของการแตกหักแบบทั่วไป, บ่งชี้ว่าเหล็กที่ได้รับมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม. ในระหว่างกระบวนการกระแทก, โครงสร้างเฟอร์ไรต์ที่ประสานกันสามารถดูดซับพลังงานได้มาก, และช่องว่างจะเกิดนิวเคลียสและเติบโตในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์, นำไปสู่การแตกหักแบบเหนียว.

รูป 4(อี) แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักแบบชาร์ปีของเหล็กอบคืนตัวที่ 600°C หลังการปรับให้เป็นมาตรฐานที่ 920°C. พื้นผิวที่แตกหักประกอบด้วยรอยบุ๋มที่ละเอียดกว่าเหล็กที่ได้รับ, และการกระจายตัวมีความสม่ำเสมอมากขึ้น. นี่บ่งชี้ว่าเหล็กกล้าที่อุณหภูมิ 600 ℃มีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า. การตกตะกอนของซีเมนต์ชั้นดีที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการแบ่งเบาบรรเทาสามารถปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้โดยการปักหมุดการเคลื่อนที่และขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว. ในเวลาเดียวกัน, การฟื้นตัวของเมทริกซ์เฟอร์ไรต์จะช่วยลดความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อน, ทำให้เหล็กเปลี่ยนรูปพลาสติกได้ง่ายขึ้นในระหว่างกระบวนการกระแทก, จึงทำให้เกิดลักยิ้มที่ละเอียดยิ่งขึ้น.

รูป 4(F) แสดงสัณฐานวิทยาการแตกหักแบบชาร์ปีของเหล็กอบคืนตัวที่ 700°C หลังการปรับให้เป็นมาตรฐานที่ 920°C. พื้นผิวที่แตกหักมีระนาบรอยแยกที่ชัดเจนและมีรอยบุ๋มหยาบจำนวนเล็กน้อย. นี่บ่งชี้ว่าเหล็กกล้าที่อุณหภูมิ 700°C มีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำต่ำ, และโหมดการแตกหักคือการแตกหักแบบผสมระหว่างความเหนียวและความเปราะบาง. การสลายตัวของเฟอร์ไรต์แบบเฉียบพลันและการเติบโตของเฟอร์ไรต์หลายเหลี่ยมในระหว่างกระบวนการแบ่งเบาบรรเทาทำให้โครงสร้างจุลภาคหยาบ, และซีเมนต์ไทต์หยาบจะตกตะกอนรวมกันที่ขอบเกรน, นำไปสู่ความเข้มข้นของความเครียด. ในระหว่างกระบวนการกระแทก, รอยแตกร้าวสามารถเริ่มต้นและแพร่กระจายไปตามขอบเขตของเกรนและระนาบความแตกแยกได้อย่างง่ายดาย, ส่งผลให้แตกหักง่าย.

การวิเคราะห์ทางสัณฐานวิทยาการแตกหักจะตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q เพิ่มเติม. โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอ (สัดส่วนเฟอร์ไรต์แบบแอคคิวลาร์สูง, ธัญพืชละเอียด, ตกตะกอนละเอียด) นำไปสู่โหมดการแตกหักแบบเหนียวซึ่งมีรอยบุ๋มที่ละเอียดและสม่ำเสมอ, สอดคล้องกับคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยม. ในทางตรงกันข้าม, โครงสร้างจุลภาคหยาบ (สัดส่วนเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์ต่ำ, เมล็ดหยาบ, ตกตะกอนหยาบ) นำไปสู่โหมดการแตกหักแบบผสมของความเหนียวและความเปราะที่มีรอยบุ๋มหยาบและระนาบรอยแยก, สอดคล้องกับคุณสมบัติทางกลที่ไม่ดี.

ในบทความนี้, การศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ดำเนินการโดยใช้ OM, WHO, เทม, การทดสอบแรงดึง, การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี, ทดสอบความแหลม:, และการวิเคราะห์สัณฐานวิทยาการแตกหัก. ข้อสรุปหลักมีดังนี้:

(1) โครงสร้างจุลภาคของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่ได้รับนั้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยเฟอร์ไรท์แบบแอคคูลาร์ (ของ, 65%-70%), เฟอร์ไรต์เหลี่ยม (พีเอฟ, 20%-25%), และเบไนต์จำนวนเล็กน้อย (b, 5%-10%) และมาร์เทนไซต์-ออสเทนไนต์ (ม) หมู่เกาะ. ขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 8 µm. มีการตกตะกอนละเอียดจำนวนมาก (Nb(C,N) และวีซี, 5-20 นาโนเมตร) มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์เฟอร์ไรต์. เหล็กตามที่ได้รับมีคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยม: ความแข็งแรงให้ผลผลิต 505 MPa, ความแข็งแรง 635 MPa, ยืดตัว 30%, พลังงานดูดซับแรงกระแทกที่ -20 ℃ 135 เจ, และความแข็งแบบร็อกเวลล์ 20 เหล็กแผ่นรีดร้อน, ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของ API 5L และ GB/T อย่างสมบูรณ์ 9711 มาตรฐาน.

(2) การทำให้อุณหภูมิเป็นปกติมีผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็ก. ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานจาก 880°C เป็น 980°C, สัดส่วนของแอคคิวลาร์เฟอร์ไรต์จะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง, และขนาดเกรนจะลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น. อุณหภูมิการทำให้เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมที่สุดคือ 920-950 ℃. ในช่วงอุณหภูมินี้, เหล็กจะได้โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอโดยมีสัดส่วนเฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดสูง (70%-75%) และมีขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ 7-8 µm. คุณสมบัติทางกลที่สอดคล้องกันนั้นดีที่สุด: ความแข็งแรงให้ผลผลิต 510-520 MPa, ความแข็งแรง 640-650 MPa, ยืดตัว 31%-32%, พลังงานดูดซับแรงกระแทกที่ -20 ℃ 140-150 เจ, และความแข็งแบบร็อกเวลล์ 21-22 เหล็กแผ่นรีดร้อน.

(3) อุณหภูมิการอบคืนตัวยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็กที่ทำให้เป็นมาตรฐานที่ 920°C. ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาจาก 550 ℃เป็น 700 ℃, เฟอร์ไรต์ที่เป็นกรดจะค่อยๆสลายตัว, เฟอร์ไรต์เหลี่ยมจะโตขึ้น, และซีเมนต์ไทต์จะตกตะกอนก่อนแล้วจึงทำให้หยาบ. อุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาที่เหมาะสมคือ 600-650 ℃. ในช่วงอุณหภูมินี้, เหล็กจะรักษาสัดส่วนเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์ไว้ในระดับสูง (68%-72%) และตกตะกอนซีเมนต์ไทต์ละเอียด. คุณสมบัติทางกลที่สอดคล้องกันนั้นดีเยี่ยม: ความแข็งแรงให้ผลผลิต 500-510 MPa, ความแข็งแรง 625-635 MPa, ยืดตัว 32%-33%, พลังงานดูดซับแรงกระแทกที่ -20 ℃ 155-160 เจ, และความแข็งแบบร็อกเวลล์ 19-20 เหล็กแผ่นรีดร้อน.

(4) คุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ส่วนใหญ่จะพิจารณาจากประเภท, สัดส่วน, และขนาดเกรนของส่วนประกอบโครงสร้างจุลภาค. เฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์เป็นปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก; โพลีกอนอลเฟอร์ไรต์ช่วยเพิ่มความเหนียวของเหล็ก; ตกตะกอนละเอียด (Nb(C,N) และวีซี) เพิ่มความแข็งแรงของเหล็กผ่านการเสริมแรงแบบตกตะกอน; เม็ดละเอียดช่วยเพิ่มทั้งความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็ก. โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอพร้อมสัดส่วนเฟอร์ไรท์แบบแอคคิวลาร์สูง, ธัญพืชละเอียด, และการตกตะกอนที่ละเอียดทำให้เกิดคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมดีเยี่ยม.

(5) โหมดการแตกหักของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมคือการแตกหักแบบเหนียว, และพื้นผิวที่แตกหักนั้นประกอบด้วยรอยบุ๋มที่ละเอียดและสม่ำเสมอ. สำหรับเหล็กที่มีคุณสมบัติทางกลต่ำเนื่องจากมีโครงสร้างจุลภาคหยาบ, โหมดการแตกหักคือการแตกหักแบบผสมระหว่างความเหนียวและความเปราะบาง, และพื้นผิวที่แตกหักมีรอยบุ๋มหยาบและระนาบรอยแยก.

แม้ว่าบทความนี้จะบรรลุผลการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q, ยังมีบางประเด็นที่ต้องศึกษาเพิ่มเติมในอนาคต:

(1) การขยายงานวิจัยเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการบริการ. บทความนี้ศึกษาโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็กภายใต้อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิต่ำเป็นหลัก (-20℃) เงื่อนไข. ยังไงก็ตา, ท่อเหล็กไร้รอยต่อ API 5L X70Q/L485Q มักใช้ในสภาพแวดล้อมการบริการที่รุนแรง เช่น แรงดันสูง, การกร่อน (ร่วม, h₂s), และอุณหภูมิสลับ. การวิจัยในอนาคตสามารถมุ่งเน้นไปที่วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็กภายใต้สภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงเหล่านี้, และศึกษาคุณสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนและความล้าของเหล็ก, เพื่อให้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีที่ครอบคลุมมากขึ้นสำหรับการดำเนินงานที่ปลอดภัยของไปป์ไลน์.

(2) การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการรักษาความร้อนขั้นสูง. บทความนี้จะศึกษาผลกระทบของกระบวนการนอร์มอลไลซ์และกระบวนการแบ่งเบาบรรเทาต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของเหล็กเป็นหลัก. ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการรักษาความร้อน, เทคโนโลยีการรักษาความร้อนขั้นสูง เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัว (Q&T), ควบคุมการกลิ้งและควบคุมความเย็น (ทีเอ็มซีพี), และการชุบแข็งด้วยความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเหล็กท่อ. การวิจัยในอนาคตสามารถตรวจสอบผลกระทบของเทคโนโลยีการรักษาความร้อนขั้นสูงเหล่านี้ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q, และสำรวจกระบวนการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมที่สุดเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเหล็กให้ดียิ่งขึ้น.

(3) การวิจัยเกี่ยวกับกลไกของธาตุไมโครอัลลอยด์. บทความนี้จะวิเคราะห์บทบาทขององค์ประกอบไมโครอัลลอยด์เพียงสั้นๆ เท่านั้น เช่น Nb, V, และติ. การวิจัยในอนาคตสามารถใช้การคำนวณตามหลักการแรกและการจำลองสนามเฟสเพื่อศึกษากลไกอันตรกิริยาระหว่างองค์ประกอบไมโครอัลลอยด์และเมทริกซ์ในเชิงลึก, กลไกการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของตะกอน, และผลกระทบขององค์ประกอบไมโครอัลลอยด์ต่อกระบวนการเปลี่ยนเฟส, เพื่อเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก.

(4) การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการผลิตอัจฉริยะ. การวิจัยในอนาคตสามารถแนะนำปัญญาประดิษฐ์และเทคโนโลยีข้อมูลขนาดใหญ่ในกระบวนการผลิตท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q. โดยการสร้างแบบจำลองการทำนายโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลตามพารามิเตอร์กระบวนการผลิต, สามารถตรวจสอบและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตแบบเรียลไทม์ได้, ซึ่งจะปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและผลิตภัณฑ์ คุณภาพ ความมั่นคงของเหล็ก.

(5) การวิจัยเกี่ยวกับความสามารถในการเชื่อม. แม้ว่าท่อเหล็กไร้รอยต่อจะหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของรอยเชื่อม, ยังคงต้องมีการเชื่อมระหว่างการก่อสร้างท่อ. การวิจัยในอนาคตสามารถศึกษาความสามารถในการเชื่อมของท่อเหล็กไร้ตะเข็บ API 5L X70Q/L485Q, วิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับความร้อน (ฮาซ), และเสนอกระบวนการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพการเชื่อมและประสิทธิภาพโดยรวมของท่อ.