Tóm tắt: Thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường ống dẫn dầu và khí đốt đường dài nhờ độ bền nhiệt độ thấp tuyệt vời, cường độ cao, và khả năng chống ăn mòn. Trong bài báo này, một phân tích toàn diện về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q được thực hiện bằng kính hiển vi quang học (VỀ), Kính hiển vi điện tử quét (Ai), Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), Kiểm tra độ bền kéo một trục, Thử nghiệm tác động Charpy, và kiểm tra độ cứng. Kết quả cho thấy cấu trúc vi mô của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q chủ yếu bao gồm ferrite hình kim (CỦA), ferit đa giác (PF), và một lượng nhỏ bainit (b) và martensite-austenite (M-A) hòn đảo. Ferrite hình kim, với cấu trúc tinh tế và lồng vào nhau của nó, là yếu tố then chốt góp phần tạo nên tính chất cơ lý toàn diện tuyệt vời của thép. Kết quả thử kéo cho thấy thép có giới hạn chảy là 490-520 MPa, độ bền kéo của 620-650 MPa, và độ giãn dài của 28%-32%, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của API 5L và GB/T 9711 chuẩn. Kết quả thử nghiệm va đập Charpy cho thấy năng lượng hấp thụ va đập của thép ở -20oC lớn hơn 120 J, cho thấy độ bền nhiệt độ thấp tuyệt vời. Kết quả kiểm tra độ cứng cho thấy độ cứng Rockwell (HRC) của thép nằm giữa 18 và 22, với sự phân bố độ cứng đồng đều. Ngoài ra, ảnh hưởng của các quá trình xử lý nhiệt khác nhau (Bình thường hóa, ủ) về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép cũng đã được nghiên cứu. Người ta thấy rằng nhiệt độ bình thường hóa thích hợp (920-950có thể) và nhiệt độ ủ (600-650có thể) có thể tinh chỉnh thêm cấu trúc vi mô, cải thiện tỷ lệ ferit acicular, và do đó tăng cường tính chất cơ học của thép. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý luận và hỗ trợ kỹ thuật cho việc sản xuất, ỨNG DỤNG, và tối ưu hóa hiệu suất của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q.

Từ khóa: API 5L X70Q; L485Q; thép đường ống liền mạch; vi cấu trúc; Tính chất cơ học; ferit hình kim; nhiệt khí

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành năng lượng toàn cầu, nhu cầu về đường ống dẫn dầu và khí đốt đường dài ngày càng tăng. Vận chuyển đường ống, như một sự an toàn, có hiệu quả, và phương thức vận chuyển năng lượng tiết kiệm, đã trở thành một phần quan trọng của chuỗi cung ứng năng lượng. Trong việc xây dựng đường ống dẫn đường dài, thép đường ống là vật liệu cốt lõi, và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn, độ tin cậy, và tuổi thọ của hệ thống đường ống. Đặc biệt là trong môi trường dịch vụ khắc nghiệt như vùng lạnh, mỏ dầu khí áp suất cao, và vùng biển, thép đường ống được yêu cầu phải có đặc tính toàn diện tuyệt vời, bao gồm cường độ cao, độ bền nhiệt độ thấp tốt, chống ăn mòn, và khả năng hàn.

Thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q là loại thép hợp kim thấp có độ bền cao (HSLA) Thép, được phát triển để đáp ứng yêu cầu xây dựng đường ống dẫn đường dài hiện đại. những “Q” trong cấp chỉ ra rằng thép có độ bền nhiệt độ thấp tuyệt vời, điều này làm cho nó phù hợp để sử dụng ở những vùng lạnh, nơi nhiệt độ có thể thấp tới -20oC hoặc thậm chí thấp hơn. So với thép đường ống X70/L485 thông thường, Thép X70Q/L485Q có độ dẻo dai cao hơn và khả năng chống gãy giòn tốt hơn, có thể ngăn ngừa hiệu quả các tai nạn đường ống do nứt giòn ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, kết cấu liền mạch của thép đường ống X70Q/L485Q tránh được các khuyết tật của mối hàn, nâng cao hơn nữa độ tin cậy và an toàn của đường ống.

Cấu trúc vi mô của thép đường ống là yếu tố cơ bản quyết định tính chất cơ học của nó. Đối với thép đường ống HSLA, loại, hình thái học, Kích thước, và phân bố các thành phần vi cấu trúc (chẳng hạn như ferit, bainit, mactenxit, và giai đoạn thứ hai) có tác động đáng kể đến sức mạnh của nó, Độ dẻo dai, và độ dẻo. Vì vậy, phân tích chuyên sâu về cấu trúc vi mô của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q và mối quan hệ của nó với các tính chất cơ học có ý nghĩa rất lớn trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất thép, cải thiện hiệu suất của nó, và đảm bảo vận hành an toàn đường ống.

Hiện tại, nhiều học giả đã thực hiện nghiên cứu về thép ống dòng X70/L485. Ví dụ:, Một số nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến vi cấu trúc và tính chất cơ lý của thép X70, và phát hiện ra rằng các yếu tố như Nb, V, và Ti có thể tinh chế các hạt và cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép thông qua quá trình tinh luyện hạt và tăng cường kết tủa. Các nghiên cứu khác đã điều tra ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến hiệu suất của thép X70, và đề xuất các thông số xử lý nhiệt tối ưu để có được các đặc tính toàn diện tuyệt vời. tuy nhiên, có tương đối ít nghiên cứu có hệ thống về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q, đặc biệt là phân tích chi tiết cấu trúc ferit dạng kim và ảnh hưởng của nó đến độ bền ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, nghiên cứu về mối tương quan giữa vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép X70Q/L485Q dưới các điều kiện xử lý nhiệt khác nhau là chưa đầy đủ.

Vì vậy, Bài báo này tiến hành nghiên cứu toàn diện về vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q. Cấu trúc vi mô của thép được quan sát và phân tích bằng OM, Ai, và TEM. Các tính chất cơ học được kiểm tra thông qua độ bền kéo, va chạm Charpy, và kiểm tra độ cứng. Mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô và tính chất cơ học được thảo luận. Ngoài ra, ảnh hưởng của quá trình chuẩn hóa và tôi luyện đến vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép được nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc sản xuất và ứng dụng thép ống liền mạch X70Q/L485Q.

Các học giả nước ngoài đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về thép ống cường độ cao như X70 từ những năm 1980.. Các nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc phát triển thép ống hợp kim vi mô, và nhận thấy rằng việc bổ sung các nguyên tố vi hợp kim như Nb, V, và Ti có thể cải thiện đáng kể độ bền và độ dẻo dai của thép. Ví dụ:, Nb có thể trì hoãn quá trình kết tinh lại của austenite trong quá trình cán nóng, tinh chế các loại ngũ cốc, và tạo thành Nb(C,N) kết tủa để tăng cường ma trận. V có thể tạo kết tủa VC, có tác dụng tăng cường lượng mưa mạnh. Ti có thể tạo thành kết tủa TiN, có thể ngăn chặn sự phát triển của hạt austenite trong quá trình đun nóng.

Trong những năm gần đây, các học giả nước ngoài đã chú ý nhiều hơn đến việc kiểm soát cấu trúc vi mô và tối ưu hóa hiệu suất của thép đường ống. Một số nghiên cứu đã áp dụng phương pháp lăn có kiểm soát và làm mát có kiểm soát. (TMCP) công nghệ để thu được cấu trúc vi mô hạt mịn bao gồm ferit hình kim và ferit đa giác, giúp cải thiện đáng kể độ bền ở nhiệt độ thấp của thép. Ví dụ:, Smith và cộng sự. đã sử dụng công nghệ TMCP để sản xuất thép đường ống X70 với ferit dạng kim làm vi cấu trúc chính, và năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC đạt hơn 150 J. Ngoài ra, các học giả nước ngoài cũng đã nghiên cứu khả năng chống ăn mòn của thép ống X70 trong môi trường khắc nghiệt như CO₂ và H₂S, và đề xuất các biện pháp chống ăn mòn khác nhau.

Nghiên cứu trong nước về thép đường ống X70/L485 bắt đầu tương đối muộn, nhưng đã phát triển nhanh chóng. Các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu thép trong nước đã phát triển thành công thép đường ống X70/L485 đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế thông qua hoạt động nghiên cứu phát triển và giới thiệu kỹ thuật độc lập. Một số nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến vi cấu trúc và tính chất cơ lý của thép X70. Ví dụ:, Li và cộng sự. nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Nb đến vi cấu trúc và tính chất cơ lý của thép ống X70, và nhận thấy rằng khi nội dung Nb 0.03%-0.06%, thép có các đặc tính toàn diện tốt nhất. Các nghiên cứu khác đã điều tra ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến hiệu suất của thép X70. Ví dụ:, Wang và cộng sự. nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chuẩn hóa đến vi cấu trúc và tính chất cơ lý của thép X70, và thấy rằng nhiệt độ bình thường hóa tối ưu là 920-950oC.

tuy nhiên, vẫn còn một số thiếu sót trong nghiên cứu hiện tại. Một mặt, hầu hết đối tượng nghiên cứu là thép ống hàn, và nghiên cứu về thép đường ống liền mạch là tương đối ít. Mặt khác, nghiên cứu về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép X70Q/L485Q với độ bền nhiệt độ thấp tuyệt vời là chưa đủ hệ thống, đặc biệt là phân tích chi tiết cấu trúc ferit dạng kim và ảnh hưởng của nó đến độ bền ở nhiệt độ thấp. Vì vậy, cần nghiên cứu chuyên sâu về vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q.

Mục tiêu chính của bài viết này là như sau: (1) Quan sát và phân tích vi cấu trúc của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q bằng OM, Ai, và TEM, và xác định loại, hình thái học, Kích thước, và phân bố các thành phần vi cấu trúc. (2) Để kiểm tra tính chất cơ lý của thép thông qua độ bền kéo, va chạm Charpy, và kiểm tra độ cứng, và đánh giá hiệu năng của nó theo API 5L và GB/T 9711 chuẩn. (3) Thảo luận về mối quan hệ giữa vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép, và làm rõ vai trò của từng thành phần vi cấu trúc trong việc xác định tính chất cơ học. (4) Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình chuẩn hóa và ram đến vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép, và đề xuất các thông số xử lý nhiệt tối ưu.

Phạm vi nghiên cứu của bài viết này bao gồm: (1) Thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q đã nhận được. (2) Thép sau các quá trình xử lý nhiệt khác nhau (bình thường hóa ở 880-980oC, ủ ở 550-700oC). (3) Phân tích cấu trúc vi mô của thép bằng OM, Ai, và TEM. (4) Kiểm tra tính chất cơ học của thép bằng phương pháp thử kéo một trục, Thử nghiệm tác động Charpy, và kiểm tra độ cứng.

Bài viết này được chia thành sáu chương. Chương 1 là phần giới thiệu, trình bày chi tiết về bối cảnh và ý nghĩa nghiên cứu, tóm tắt tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, làm rõ mục tiêu và phạm vi nghiên cứu, và giới thiệu cấu trúc của luận văn. Chương 2 giới thiệu đặc tính vật liệu của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q, bao gồm thành phần hóa học và quy trình sản xuất. Chương 3 mô tả các phương pháp thí nghiệm, bao gồm cả việc chuẩn bị mẫu, phương pháp quan sát cấu trúc vi mô, và phương pháp thử tính chất cơ học. Chương 4 phân tích cấu trúc vi mô của thép được tiếp nhận và xử lý nhiệt. Chương 5 kiểm tra và phân tích các tính chất cơ học của thép, và thảo luận về mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô và tính chất cơ học. Chương 6 là kết luận và triển vọng, trong đó tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính, chỉ ra những thiếu sót của nghiên cứu, và mong chờ hướng nghiên cứu tiếp theo.

Thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q là thép hợp kim thấp cường độ cao, và thành phần hóa học của nó được quy định chặt chẽ bởi API 5L và GB/T 9711 chuẩn. Thành phần hóa học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q được sử dụng trong nghiên cứu này được phát hiện bằng máy quang phổ đọc trực tiếp, và kết quả được thể hiện ở bảng 1 (phần khối lượng, %).

TỐ

C

Si

MN

P

S

NB

V

Ti

CR

Mo

Ni

Cu

Fe

Nội dung

0.08

0.35

1.60

0.015

0.005

0.045

0.030

0.020

0.15

0.10

0.20

0.10

quả bóng.

Giới hạn 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

quả bóng.

Có thể thấy từ Bảng 1 rằng thành phần hóa học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q được sử dụng trong nghiên cứu này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của tiêu chuẩn API 5L. Các nguyên tố hợp kim chính và chức năng của chúng như sau:

(1) Carbon (C): Carbon là nguyên tố quan trọng giúp nâng cao độ bền của thép. Hàm lượng carbon thích hợp có thể làm tăng độ bền của thép thông qua việc tăng cường dung dịch rắn. tuy nhiên, Hàm lượng cacbon quá cao sẽ làm giảm độ dẻo dai và khả năng hàn của thép. Vì vậy, hàm lượng carbon của thép X70Q/L485Q được kiểm soát chặt chẽ dưới đây 0.10%.

(2) silicon (Si): Silicon là chất khử oxy và cũng có thể cải thiện độ bền của thép thông qua việc tăng cường dung dịch rắn. Hàm lượng silicon của thép X70Q/L485Q được kiểm soát giữa 0.10% và 0.40%.

(3) mangan (MN): Mangan là một nguyên tố austenit hóa quan trọng và có thể cải thiện đáng kể độ bền và độ dẻo dai của thép. Mangan cũng có thể tinh chế các loại ngũ cốc và cải thiện độ cứng của thép. Hàm lượng mangan của thép X70Q/L485Q được kiểm soát giữa 1.20% và 1.80%.

(4) phốt pho (P) và lưu huỳnh (S): Phốt pho và lưu huỳnh là những tạp chất có hại. Phốt pho sẽ làm giảm độ dẻo dai của thép, đặc biệt là độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp, và gây ra độ giòn lạnh. Lưu huỳnh sẽ hình thành các thể vùi MnS, sẽ làm giảm độ dẻo, dai của thép và gây ra hiện tượng giòn nóng. Vì vậy, hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh được kiểm soát chặt chẽ dưới đây 0.025% và 0.010% tương ứng.

(5) Niobium (NB), chất hóa học (V), Titanium (Ti): Đây là những nguyên tố vi hợp kim, đóng vai trò quan trọng trong việc tinh chế ngũ cốc và cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép. Nb có thể trì hoãn quá trình kết tinh lại của austenite trong quá trình cán nóng, tinh chế các loại ngũ cốc, và tạo thành Nb(C,N) kết tủa để tăng cường ma trận. V có thể tạo kết tủa VC, có tác dụng tăng cường lượng mưa mạnh. Ti có thể tạo thành kết tủa TiN, có thể ngăn chặn sự phát triển của hạt austenite trong quá trình đun nóng.

(6) crom (CR), molypden (Mo), kền (Ni), Đồng (Cu): Những yếu tố này có thể cải thiện độ cứng và khả năng chống ăn mòn của thép. Việc bổ sung thích hợp các nguyên tố này có thể cải thiện hơn nữa tính chất toàn diện của thép X70Q/L485Q.

Quy trình sản xuất thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q chủ yếu bao gồm luyện kim, vật đúc, xuyên, lăn, nhiệt khí, và hoàn thiện. Quy trình sản xuất cụ thể như sau:

(1) luyện kim: Thép được luyện bằng lò oxy cơ bản (BOF) hoặc lò hồ quang điện (EAF), và sau đó được tinh chế bằng lò muôi (LF) và khử khí chân không (VD) để giảm hàm lượng tạp chất và khí, và điều chỉnh thành phần hóa học để đáp ứng yêu cầu.

(2) vật đúc: Thép nóng chảy được đúc thành phôi bằng quá trình đúc liên tục. Phôi đúc liên tục có thành phần hóa học đồng nhất và kết cấu dày đặc, tạo tiền đề tốt cho quá trình xử lý tiếp theo.

(3) xuyên: Phôi đúc liên tục được nung nóng đến 1200-1250oC trong lò gia nhiệt, và sau đó được một người thợ xỏ xuyên vào các phôi rỗng. Quá trình xuyên thấu là một bước quan trọng trong sản xuất ống thép liền mạch, xác định độ dày thành và đường kính trong của phôi rỗng.

(4) lăn: Các phôi thép rỗng được cán thành ống thép liền mạch có kích thước theo yêu cầu bằng máy cán liên tục hoặc máy nghiền trục gá. Trong quá trình cán, nhiệt độ và tốc độ lăn được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ chính xác về kích thước và bề mặt phẩm chất của ống thép.

(5) nhiệt khí: Các ống thép liền mạch cán được xử lý nhiệt (chẳng hạn như bình thường hóa, ủ) để điều chỉnh cấu trúc vi mô và cải thiện tính chất cơ học. Quá trình xử lý nhiệt có tác động đáng kể đến vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép X70Q/L485Q.

(6) Kết thúc: Các ống thép được xử lý nhiệt phải trải qua các quá trình hoàn thiện như làm thẳng, Cắt, và xử lý bề mặt để đáp ứng các yêu cầu sản phẩm cuối cùng.

Quy trình sản xuất thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q rất phức tạp và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ từng thông số quy trình để đảm bảo phẩm chất của sản phẩm cuối cùng. Trong số họ, Quá trình xử lý nhiệt là khâu then chốt để điều chỉnh vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép.

Vật liệu thí nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu này là thép ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q với đường kính ngoài là 114 mm và chiều dày tường 10 mm. Các mẫu được cắt từ ống thép khi nhận và ống thép sau các quá trình xử lý nhiệt khác nhau.

Đối với các mẫu quan sát vi cấu trúc: Các mẫu được cắt thành 10 mm × 10 mm × 5 miếng mm. Mẫu được nghiền bằng 400#, 800#, 1200#, và 2000# giấy nhám lần lượt, sau đó đánh bóng bằng bột đánh bóng kim cương (Kích thước hạt 1.5 Sọ), và cuối cùng được khắc bằng 4% dung dịch rượu axit nitric 5-10 giây. Các mẫu ăn mòn được làm sạch bằng cồn và sấy khô để quan sát vi cấu trúc.

Đối với các mẫu thử tính chất cơ học: (1) Mẫu thử kéo: Các mẫu kéo được xử lý theo GB/T 228.1-2010 Tiêu chuẩn, với chiều dài đo là 50 mm, một đường kính đo của 10 mm, và tổng chiều dài là 150 mm. (2) Mẫu thử va đập Charpy: Các mẫu tác động được xử lý theo GB/T 229-2020 Tiêu chuẩn, với kích thước của 10 mm × 10 mm × 55 mm, và một rãnh chữ V (độ sâu khía 2 mm, góc khía 45°, bán kính gốc 0.25 mm). (3) Mẫu thử độ cứng: Các mẫu được cắt thành 10 mm × 10 mm × 10 miếng mm, và bề mặt được mài và đánh bóng để đảm bảo bề mặt nhẵn.

Đối với mẫu xử lý nhiệt: Các mẫu nhận được đã được xử lý nhiệt thường hóa và ủ. Nhiệt độ chuẩn hóa được đặt thành 880oC, 920có thể, 950có thể, và 980oC, và thời gian nắm giữ là 30 phút, sau đó làm mát bằng không khí. Nhiệt độ ủ được đặt thành 550oC, 600có thể, 650có thể, và 700oC, và thời gian nắm giữ là 60 phút, sau đó làm mát bằng không khí.

Cấu trúc vi mô của các mẫu được quan sát bằng ba loại kính hiển vi:

(1) Kính hiển vi quang học (VỀ): Kính hiển vi quang học Olympus GX71 được sử dụng để quan sát cấu trúc vi mô vĩ mô của các mẫu, và kích thước hạt được đo bằng phương pháp đánh chặn tuyến tính theo GB/T 6394-2017 Tiêu chuẩn.

(2) Kính hiển vi điện tử quét (Ai): Một chiếc Zeiss Sigma 300 kính hiển vi điện tử quét được sử dụng để quan sát cấu trúc vi mô chi tiết của mẫu, chẳng hạn như hình thái của ferrite, bainit, và đảo M-A, và sự phân bố của các tạp chất. Điện áp tăng tốc là 20 kV.

(3) Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL JEM-2100 được sử dụng để quan sát cấu trúc vi mô mịn của các mẫu, chẳng hạn như cấu trúc tinh thể của ferit, hình thái và kích thước của kết tủa, và cấu trúc trật khớp. Điện áp tăng tốc là 200 kV. Mẫu TEM được chuẩn bị bằng cách cắt 3 mm × 3 lát mm từ các mẫu quan sát cấu trúc vi mô, nghiền chúng đến độ dày 100 Sọ, sau đó đấm vào 3 đĩa đường kính mm, và cuối cùng làm mỏng đến trong suốt bằng cách sử dụng máy đánh bóng điện phân hai tia. Dung dịch đánh bóng điện phân là dung dịch hỗn hợp gồm 5% axit pecloric và 95% etanol, nhiệt độ đánh bóng là -20oC, và điện áp đánh bóng là 20 V.

Các tính chất cơ học của mẫu được kiểm tra bằng các phương pháp sau:

(1) Kiểm tra độ bền kéo một trục: Máy kiểm tra đa năng Zwick/Roell Z100 được sử dụng để thực hiện kiểm tra độ bền kéo ở nhiệt độ phòng (25có thể) với tốc độ tải là 2 mm/phút. Ba mẫu đã được thử nghiệm cho từng điều kiện, và giá trị trung bình được lấy. sức mạnh năng suất (σₛ), Độ bền kéo (σᵦ), và kéo dài (d) được đo theo GB/T 228.1-2010 Tiêu chuẩn.

(2) Thử nghiệm tác động Charpy: Máy thử va đập Zwick/Roell HIT50P đã được sử dụng để thực hiện thử nghiệm va đập Charpy ở -20oC. Ba mẫu đã được thử nghiệm cho từng điều kiện, và giá trị trung bình được lấy. Năng lượng hấp thụ tác động (Aₖᵥ) được đo theo GB/T 229-2020 Tiêu chuẩn.

(3) Kiểm Tra Độ Cứng: Máy đo độ cứng Rockwell được sử dụng để thực hiện kiểm tra độ cứng với tải trọng 150 kgf và thời gian lưu giữ là 15 giây. Năm điểm đo được lấy cho mỗi mẫu, và giá trị trung bình được lấy. Độ cứng Rockwell (HRC) được đo theo GB/T 230.1-2018 Tiêu chuẩn.

Nhân vật 1 hiển thị OM, Ai, và ảnh TEM của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q khi nhận được. Nó có thể được nhìn thấy từ hình 1(A) (GIỚI THIỆU hình ảnh) rằng cấu trúc vi mô của thép khi nhận được bao gồm ferit dạng kim (CỦA), ferit đa giác (PF), và một lượng nhỏ bainit (b). Các hạt đều mịn và đồng đều, và kích thước hạt trung bình là khoảng 8 Sọ. Ferrite dạng kim là thành phần cấu trúc vi mô chính, hạch toán khoảng 65%-70%. Ferrite đa giác chiếm khoảng 20%-25%, và bainite chiếm khoảng 5%-10%.

Nhân vật 1(b) (Ảnh SEM) cho thấy hình thái chi tiết của cấu trúc vi mô. Ferrite hình kim có hình dạng hình kim nhỏ, và các kim được lồng vào nhau, hình thành một cấu trúc mạng lưới dày đặc. Ferrite đa giác có hình dạng đa giác đều, và ranh giới hạt rõ ràng. Bainite có hình dạng giống như thanh lath, và các thanh song song với nhau. Ngoài ra, một lượng nhỏ martensite-austenite (M-A) các đảo được quan sát thấy ở ranh giới hạt và giữa các kim ferit hình kim. Quần đảo M-A có kích thước nhỏ, có đường kính khoảng 0.5-1 Sọ.

Nhân vật 1(C) (ảnh TEM) cho thấy cấu trúc vi mô mịn của thép khi nhận được. Ferrite hình kim có hình lập phương tập trung vào vật thể (BCC) cấu trúc tinh thể, và có một số lượng lớn các sai lệch trong ma trận ferit. Các sai lệch được phân bố đồng đều, có lợi cho việc cải thiện sức mạnh của thép. Ngoài ra, một lượng lớn kết tủa mịn được quan sát thấy trong nền ferit. Kết tủa có dạng hình cầu hoặc hình elip, với kích thước khoảng 5-20 bước sóng. Phân tích EDS cho thấy kết tủa chủ yếu là Nb(C,N) và VC, là sản phẩm của các nguyên tố vi hợp kim. Những kết tủa này có thể ghim các sai lệch và ranh giới hạt, tinh chế các loại ngũ cốc, và cải thiện sức mạnh và độ dẻo dai của thép.

Sự hình thành cấu trúc vi mô của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q khi nhận có liên quan chặt chẽ đến quy trình sản xuất của nó. Trong quá trình cán và làm nguội, austenite được biến đổi thành ferrite hình kim, ferit đa giác, và bainit. Các nguyên tố vi hợp kim như Nb, V, và Ti đóng vai trò quan trọng trong quá trình biến đổi. Nb trì hoãn quá trình kết tinh lại của austenite, làm cho hạt austenite mịn hơn. Trong quá trình làm nguội, các hạt austenit mịn dễ chuyển hóa thành ferit dạng kim. V và Ti tạo thành kết tủa mịn, giúp tinh chế thêm các hạt và cải thiện sức mạnh của thép.

Nhân vật 2 hiển thị hình ảnh OM của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q sau khi chuẩn hóa ở các nhiệt độ khác nhau (880có thể, 920có thể, 950có thể, 980có thể) và làm mát bằng không khí. Nó có thể được nhìn thấy từ hình 2 rằng nhiệt độ chuẩn hóa có tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô của thép.

Khi nhiệt độ bình thường hóa là 880oC (Nhân vật 2(A)), cấu trúc vi mô của thép bao gồm ferit hình kim, ferit đa giác, và một lượng nhỏ bainit. Kích thước hạt trung bình khoảng 9 Sọ. So sánh với thép khi nhận được, tỷ lệ ferit dạng kim giảm nhẹ (Về 60%), và tỷ lệ ferrite đa giác tăng nhẹ (Về 25%). Điều này là do nhiệt độ chuẩn hóa tương đối thấp, các hạt austenite chưa phát triển đầy đủ, và sự chuyển đổi austenite thành ferrite hình kim là không đủ.

khi nhiệt độ bình thường hóa là 920oC (Nhân vật 2(b)), cấu trúc vi mô của thép chủ yếu bao gồm ferit dạng kim (Về 75%), với một lượng nhỏ ferit đa giác (Về 20%) và bainit (Về 5%). Kích thước hạt trung bình khoảng 7 Sọ. Ferrite hình kim rất mịn và đậm đặc, và mức độ lồng vào nhau cao. Điều này là do nhiệt độ chuẩn hóa là thích hợp, các hạt austenite đã phát triển đầy đủ và đồng đều, và sự chuyển đổi austenite thành ferrite hình kim là đủ. Cấu trúc ferrite hình kim mịn có lợi cho việc cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép.

Khi nhiệt độ bình thường hóa là 950oC (Nhân vật 2(C)), cấu trúc vi mô của thép vẫn chủ yếu bao gồm ferit dạng kim (Về 70%), với một lượng nhỏ ferit đa giác (Về 22%) và bainit (Về 8%). Kích thước hạt trung bình khoảng 8 Sọ. So với thép được chuẩn hóa ở 920oC, tỷ lệ ferit dạng kim giảm nhẹ, và kích thước hạt tăng nhẹ. Điều này là do nhiệt độ chuẩn hóa quá cao, các hạt austenite bắt đầu phát triển, dẫn đến tăng kích thước hạt sau khi biến nạp.

Khi nhiệt độ bình thường hóa là 980oC (Nhân vật 2(D)), cấu trúc vi mô của thép bao gồm ferit hình kim (Về 55%), ferit đa giác (Về 30%), và bainit (Về 15%). Kích thước hạt trung bình khoảng 12 Sọ. Kích thước hạt tăng lên đáng kể, và cấu trúc ferit hình kim trở nên thô. Điều này là do nhiệt độ chuẩn hóa quá cao, các hạt austenite phát triển quá mức, dẫn đến kích thước hạt tăng lên đáng kể sau khi biến nạp. Cấu trúc vi mô thô sẽ làm giảm độ bền và độ dẻo dai của thép.

Kết quả trên cho thấy nhiệt độ chuẩn hóa tối ưu cho thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q là 920-950oC. Trong phạm vi nhiệt độ này, thép có thể có được cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất với tỷ lệ ferit dạng kim cao, có lợi cho việc cải thiện tính chất cơ học của thép.

Nhân vật 3 hiển thị hình ảnh OM của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q sau khi chuẩn hóa ở 920oC và ủ ở các nhiệt độ khác nhau (550có thể, 600có thể, 650có thể, 700có thể) và làm mát bằng không khí. Nó có thể được nhìn thấy từ hình 3 rằng nhiệt độ ủ cũng có tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô của thép.

Khi nhiệt độ ủ là 550oC (Nhân vật 3(A)), cấu trúc vi mô của thép tương tự như thép thường hóa, chủ yếu bao gồm ferit hình kim, ferit đa giác, và một lượng nhỏ bainit. Kích thước hạt trung bình khoảng 7 Sọ. Không có sự thay đổi rõ ràng về cấu trúc vi mô so với thép thường hóa. Điều này là do nhiệt độ ủ tương đối thấp, việc thu hồi và kết tinh lại nền ferit là không đủ, và sự chuyển đổi của giai đoạn thứ hai là không rõ ràng.

Khi nhiệt độ ủ là 600oC (Nhân vật 3(b)), cấu trúc vi mô của thép vẫn chủ yếu bao gồm ferit dạng kim (Về 72%), với một lượng nhỏ ferit đa giác (Về 23%) và bainit (Về 5%). Kích thước hạt trung bình khoảng 7 Sọ. Ferrite hình kim mịn và đồng đều, và sự sai lệch trong ma trận ferit được giảm bớt. Một lượng nhỏ kết tủa xi măng được quan sát thấy ở ranh giới hạt và giữa các lá ferit. Kết tủa xi măng có dạng mịn và hình cầu, có thể cải thiện độ dẻo dai của thép.

Khi nhiệt độ ủ là 650oC (Nhân vật 3(C)), cấu trúc vi mô của thép bao gồm ferit hình kim (Về 68%), ferit đa giác (Về 27%), và một lượng nhỏ bainit (Về 5%). Kích thước hạt trung bình khoảng 8 Sọ. Ferrite dạng kim bắt đầu phân hủy, và ferit đa giác tăng trưởng nhẹ. Một số lượng lớn kết tủa xi măng mịn được quan sát thấy trong nền ferit. Kết tủa xi măng được phân bố đồng đều, có thể cải thiện độ dẻo dai của thép. tuy nhiên, kích thước hạt tăng nhẹ, có thể làm giảm độ bền của thép.

Khi nhiệt độ ủ là 700oC (Nhân vật 3(D)), cấu trúc vi mô của thép bao gồm ferit đa giác (Về 50%), ferit hình kim (Về 40%), và bainit (Về 10%). Kích thước hạt trung bình khoảng 10 Sọ. Ferrite dạng kim bị phân hủy đáng kể, và ferrite đa giác phát triển rõ ràng. Kết tủa xi măng phát triển và tổng hợp, hình thành các hạt xi măng thô. Các vi cấu trúc thô và các hạt xi măng thô sẽ làm giảm đáng kể độ bền và độ dẻo dai của thép.

Kết quả trên cho thấy nhiệt độ ủ tối ưu cho thép ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q sau khi chuẩn hóa ở 920oC là 600-650oC. Trong phạm vi nhiệt độ này, thép có thể thu được cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất với tỷ lệ kết tủa ferit dạng kim và xi măng mịn cao, có lợi cho việc cải thiện tính chất cơ học toàn diện của thép.

Bàn 2 cho thấy các tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q khi nhận được. Có thể thấy từ Bảng 2 rằng thép được nhận có các đặc tính cơ học toàn diện tuyệt vời. Sức mạnh năng suất là 505 MPa, độ bền kéo là 635 MPa, độ giãn dài là 30%, năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC là 135 J, và độ cứng Rockwell là 20 HRC. Tất cả các chỉ số này đều đáp ứng đầy đủ yêu cầu của API 5L và GB/T 9711 chuẩn (API 5L yêu cầu thép X70 phải có giới hạn chảy ≥485 MPa, độ bền kéo của 600-750 MPa, độ giãn dài ≥20%, và năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC ≥40 J).

Chỉ số tài sản cơ khí	Sức mạnh năng suất σₛ (MPa)	Độ bền kéo σᵦ (MPa)	độ giãn dài δ (%)	Năng lượng hấp thụ tác động Aₖᵥ (-20có thể, J)	Độ cứng Rockwell HRC
Thép đã nhận	505	635	30	135	20
Yêu cầu tiêu chuẩn API 5L	≥485	600-750	≥20	≥40	–

Các đặc tính cơ học tuyệt vời của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q đã nhận được chủ yếu là do cấu trúc vi mô mịn của nó. Ferrite hình kim, với cấu trúc tinh tế và lồng vào nhau của nó, có thể cản trở hiệu quả sự di chuyển của trật khớp, cải thiện sức mạnh của thép. Cùng một lúc, cấu trúc ferrite hình kim lồng vào nhau cũng có thể hấp thụ rất nhiều năng lượng trong quá trình gãy xương, cải thiện độ dẻo dai của thép. Kết tủa mịn (NB(C,N) và VC) cải thiện hơn nữa độ bền của thép thông qua việc tăng cường kết tủa. Ferrite đa giác có độ dẻo tốt, giúp cải thiện độ giãn dài của thép.

Bàn 3 cho thấy các tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q sau khi chuẩn hóa ở các nhiệt độ khác nhau và làm mát bằng không khí. Có thể thấy từ Bảng 3 rằng nhiệt độ chuẩn hóa có tác động đáng kể đến tính chất cơ học của thép.

Bình thường hóa nhiệt độ (có thể)	Sức mạnh năng suất σₛ (MPa)	Độ bền kéo σᵦ (MPa)	độ giãn dài δ (%)	Năng lượng hấp thụ tác động Aₖᵥ (-20có thể, J)	Độ cứng 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

Khi nhiệt độ bình thường hóa là 880oC, sức mạnh năng suất, Độ bền kéo, và năng lượng hấp thụ va đập của thép thấp hơn một chút so với thép khi nhận. Điều này là do nhiệt độ chuẩn hóa tương đối thấp, tỷ lệ ferit dạng kim thấp, và kích thước hạt lớn hơn một chút. khi nhiệt độ bình thường hóa là 920oC, thép có cường độ năng suất cao nhất (520 MPa), Độ bền kéo (650 MPa), và năng lượng hấp thụ tác động (150 J). Điều này là do thép có cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất với tỷ lệ ferit dạng kim cao., có thể cải thiện hiệu quả sức mạnh và độ dẻo dai của thép. Khi nhiệt độ bình thường hóa là 950oC, sức mạnh năng suất, Độ bền kéo, và năng lượng hấp thụ tác động của thép thấp hơn một chút so với năng lượng của thép được chuẩn hóa ở 920oC. Điều này là do kích thước hạt tăng nhẹ, và tỷ lệ ferit dạng kim giảm nhẹ. Khi nhiệt độ bình thường hóa là 980oC, sức mạnh năng suất, Độ bền kéo, và năng lượng hấp thụ va đập của thép giảm đáng kể. Điều này là do kích thước hạt tăng lên đáng kể, và cấu trúc ferit hình kim trở nên thô, làm giảm độ bền và độ dẻo dai của thép.

Bàn 4 cho thấy các tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q sau khi chuẩn hóa ở 920oC và ủ ở các nhiệt độ khác nhau và làm mát bằng không khí. Có thể thấy từ Bảng 4 rằng nhiệt độ ủ cũng có tác động đáng kể đến tính chất cơ học của thép.

Nhiệt độ ủ (có thể)	Sức mạnh năng suất σₛ (MPa)	Độ bền kéo σᵦ (MPa)	độ giãn dài δ (%)	Năng lượng hấp thụ tác động Aₖᵥ (-20có thể, J)	Độ cứng 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

Khi nhiệt độ ủ là 550oC, tính chất cơ học của thép tương tự như thép thường. Điều này là do nhiệt độ ủ tương đối thấp, việc thu hồi và kết tinh lại nền ferit là không đủ, và sự chuyển đổi của giai đoạn thứ hai là không rõ ràng. Khi nhiệt độ ủ là 600oC, thép có độ giãn dài cao nhất (33%) và năng lượng hấp thụ tác động (160 J). Điều này là do nhiệt độ ủ thích hợp, sự sai lệch trong ma trận ferit được giảm bớt, và một lượng lớn kết tủa xi măng mịn được hình thành. Kết tủa xi măng mịn có thể cải thiện độ dẻo dai của thép, và sự phục hồi của ma trận ferit có thể cải thiện độ dẻo của thép. Khi nhiệt độ ủ là 650oC, sức mạnh năng suất, Độ bền kéo, Kéo dài, và năng lượng hấp thụ tác động của thép thấp hơn một chút so với thép được tôi luyện ở 600oC. Điều này là do kích thước hạt tăng nhẹ, và kết tủa xi măng bắt đầu phát triển. Khi nhiệt độ ủ là 700oC, sức mạnh năng suất, Độ bền kéo, Kéo dài, và năng lượng hấp thụ va đập của thép giảm đáng kể. Điều này là do ferit dạng kim bị phân hủy đáng kể, ferrite đa giác phát triển rõ ràng, và kết tủa xi măng phát triển và tổng hợp, làm giảm độ bền và độ dẻo dai của thép.

Các tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q vốn được xác định bởi cấu trúc vi mô của nó. Dựa trên phân tích trên về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học, mối tương quan giữa chúng có thể được tóm tắt như sau:

trước hết, ferit hình kim (CỦA) là thành phần cấu trúc vi mô cốt lõi ảnh hưởng đến tính chất cơ học toàn diện của thép. Cấu trúc ferrite hình kim mịn và lồng vào nhau có thể cản trở đáng kể sự chuyển động của các sai lệch trong quá trình kéo, từ đó cải thiện cường độ chảy và độ bền kéo của thép thông qua việc tăng cường độ lệch. Trong khi đó, trong quá trình tác động, các ferit hình kim lồng vào nhau có thể ngăn chặn sự lan truyền của các vết nứt một cách hiệu quả - các vết nứt cần phải bỏ qua các kim ferit hình kim khi mở rộng, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng, do đó cải thiện đáng kể độ bền nhiệt độ thấp của thép. Tỷ lệ ferit dạng kim càng cao, kích thước hạt càng mịn, và tính chất cơ học toàn diện của thép càng tốt. Ví dụ:, khi thép được chuẩn hóa ở 920oC, tỷ lệ ferit dạng kim đạt khoảng 75%, và cường độ năng suất tương ứng, Độ bền kéo, và năng lượng hấp thụ tác động đều đạt giá trị cực đại, xác minh đầy đủ vai trò chủ đạo của ferit dạng kim.

Thứ hai, ferit đa giác (PF) có tác động tích cực đến độ dẻo của thép. Ferrite đa giác có hình dạng đa giác đều và ít sai lệch bên trong hơn, vì vậy nó có độ dẻo tốt. Một tỷ lệ thích hợp của ferit đa giác có thể cải thiện độ giãn dài của thép, làm cho thép có khả năng biến dạng dẻo tốt hơn. tuy nhiên, nếu tỷ lệ ferrite đa giác quá cao, sức mạnh của thép sẽ giảm. Ví dụ:, Khi nhiệt độ bình thường hóa là 980oC, tỷ lệ ferit đa giác tăng lên khoảng 30%, và cường độ chảy và độ bền kéo của thép giảm đáng kể đến 480 MPa và 610 MPa tương ứng.

thứ ba, bainit (b) và martensite-austenite (M-A) đảo có tác động kép đến tính chất cơ học của thép. Một lượng nhỏ bainite có thể cải thiện độ bền của thép do cấu trúc thanh dày đặc của nó. tuy nhiên, bainite quá mức sẽ làm giảm độ dẻo dai của thép vì kết cấu máy tiện dễ gây ra sự tập trung ứng suất. Đảo M-A là pha cứng và giòn. Một lượng nhỏ đảo M-A mịn có thể cải thiện độ bền của thép thông qua việc tăng cường độ phân tán, nhưng nếu các đảo M-A thô hoặc phân bố một cách tập trung, chúng sẽ trở thành nguồn gốc của các vết nứt trong quá trình va chạm, làm giảm đáng kể độ bền ở nhiệt độ thấp của thép. Trong thép khi nhận và thép sau khi xử lý nhiệt tối ưu, hàm lượng bainite được kiểm soát dưới đây 5%-10%, và các đảo M-A rất mịn và phân bố đồng đều, nên chúng không gây ảnh hưởng xấu đến độ dẻo dai của thép.

Thứ tư, kết tủa mịn (NB(C,N), VC) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường lượng mưa. Các nguyên tố vi hợp kim Nb, V, và Ti ở dạng thép kết tủa mịn trong quá trình sản xuất và xử lý nhiệt. Những kết tủa này có dạng hình cầu hoặc hình elip, với kích thước khoảng 5-20 bước sóng, và có thể ghim các điểm lệch và ranh giới hạt. Một mặt, chúng ngăn chặn sự di chuyển của trật khớp, cải thiện sức mạnh của thép; Mặt khác, chúng ngăn chặn sự phát triển của ngũ cốc, tinh chỉnh kích thước hạt, và do đó cải thiện độ dẻo dai của thép. Kết quả quan sát TEM cho thấy các kết tủa trong thép khi nhận và thép sau khi xử lý nhiệt tối ưu đều mịn và phân bố đồng đều., đó là một lý do quan trọng cho các tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời của thép.

Cuối cùng, Kích thước hạt có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của thép. Theo công thức Hall-Petch, cường độ của thép tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của kích thước hạt - kích thước hạt càng mịn, cường độ của thép càng cao. Cùng một lúc, Các hạt mịn cũng có thể cải thiện độ dẻo dai của thép vì ranh giới hạt có thể cản trở sự lan truyền của các vết nứt.. Ví dụ:, khi nhiệt độ bình thường hóa là 920oC, kích thước hạt trung bình của thép là khoảng 7 Sọ, đó là điều kiện nhỏ nhất trong số tất cả các điều kiện thử nghiệm, và các tính chất cơ học tương ứng là tốt nhất. Khi nhiệt độ bình thường hóa là 980oC, kích thước hạt trung bình tăng lên 12 Sọ, và tính chất cơ học của thép giảm đáng kể.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế đứt gãy của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q và mối quan hệ của nó với cấu trúc vi mô, hình thái đứt gãy của mẫu kéo và mẫu va chạm Charpy được quan sát bằng SEM. Nhân vật 4 cho thấy hình thái đứt gãy SEM của thép khi nhận và thép sau khi xử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau.

Nhân vật 4(A) cho thấy hình thái đứt gãy kéo của thép khi nhận. Có thể thấy bề mặt đứt gãy bao gồm rất nhiều vết lõm có kích thước khác nhau, và các lúm đồng tiền được phân bố đồng đều. Ngoài ra còn có một số vết rách nhỏ giữa các lúm đồng tiền. Đây là hình thái gãy dẻo điển hình, chỉ ra rằng thép khi nhận được có độ dẻo tốt. Sự hình thành lúm đồng tiền là do quá trình tạo mầm, Sự phát triển, và sự kết tụ của các khoảng trống trong quá trình kéo. Cấu trúc vi mô mịn của thép khi nhận được cung cấp nhiều vị trí tạo mầm hơn cho các lỗ rỗng, và cấu trúc ferrite hình kim lồng vào nhau có thể cản trở sự phát triển và kết tụ của các khoảng trống, do đó hình thành một số lượng lớn các lúm đồng tiền nhỏ.

Nhân vật 4(b) cho thấy hình thái đứt gãy kéo của thép được chuẩn hóa ở 920oC. So sánh với thép khi nhận được, các vết lõm trên bề mặt gãy mịn hơn và đồng đều hơn, và số lượng đường rách tăng lên. Điều này cho thấy thép được chuẩn hóa ở 920oC có độ dẻo tốt hơn và độ bền kéo cao hơn. Cấu trúc ferrite hình kim mịn trong thép cung cấp nhiều vị trí tạo mầm hơn cho các lỗ rỗng, và những kết tủa mịn ghim những chỗ lệch, làm cho sự phát triển khoảng trống và sự kết dính trở nên khó khăn hơn, do đó hình thành lúm đồng tiền mịn hơn.

Nhân vật 4(C) cho thấy hình thái đứt gãy kéo của thép được chuẩn hóa ở 980oC. Có thể thấy các vết lõm trên bề mặt vết nứt rất thô và phân bố không đều, và có một số ít mặt phẳng phân cắt. Điều này cho thấy thép được chuẩn hóa ở 980oC có độ dẻo kém, và dạng gãy là dạng gãy hỗn hợp giữa độ dẻo và độ giòn. Cấu trúc vi mô thô của thép làm cho các lỗ rỗng dễ phát triển và kết tụ lại trong quá trình kéo, và sự tập trung ứng suất dễ xảy ra ở ranh giới hạt, dẫn đến việc tạo ra các mặt phẳng phân cắt.

Nhân vật 4(D) cho thấy hình thái đứt gãy do va chạm Charpy của thép khi nhận ở -20oC. Bề mặt vết nứt bao gồm một số lượng lớn các vết lõm nhỏ và các đường rách, không có mặt phẳng phân cắt rõ ràng. Đây là hình thái gãy dẻo điển hình, chỉ ra rằng thép khi nhận được có độ bền nhiệt độ thấp tuyệt vời. trong quá trình tác động, cấu trúc ferrite hình kim lồng vào nhau có thể hấp thụ rất nhiều năng lượng, và các lỗ rỗng tạo mầm và phát triển trong ma trận ferit, dẫn đến gãy xương dẻo.

Nhân vật 4(e) cho thấy hình thái gãy xương do va chạm Charpy của thép được tôi luyện ở 600oC sau khi bình thường hóa ở 920oC. Bề mặt vết nứt bao gồm các vết lõm mịn hơn so với thép khi nhận, và sự phân bố đồng đều hơn. Điều này cho thấy thép được tôi luyện ở 600oC có độ bền ở nhiệt độ thấp tốt hơn. Các kết tủa xi măng mịn hình thành trong quá trình ủ có thể cải thiện độ dẻo dai của thép bằng cách ghim các vị trí trật khớp và cản trở sự lan truyền vết nứt.. Cùng một lúc, sự phục hồi của ma trận ferrite làm giảm mật độ trật khớp, làm cho thép dễ biến dạng dẻo hơn trong quá trình va đập, do đó hình thành lúm đồng tiền mịn hơn.

Nhân vật 4(F) cho thấy hình thái gãy xương do va chạm Charpy của thép được tôi luyện ở 700oC sau khi bình thường hóa ở 920oC. Bề mặt vết nứt có các mặt phẳng phân cắt rõ ràng và một số ít vết lõm thô. Điều này cho thấy thép được tôi luyện ở 700oC có độ bền ở nhiệt độ thấp kém, và dạng gãy là dạng gãy hỗn hợp giữa độ dẻo và độ giòn. Sự phân hủy ferrite hình kim và sự phát triển ferit đa giác trong quá trình ủ làm cho cấu trúc vi mô trở nên thô, và kết tủa xi măng thô kết tụ ở ranh giới hạt, dẫn tới sự tập trung ứng suất. trong quá trình tác động, vết nứt dễ dàng bắt đầu và lan truyền dọc theo ranh giới hạt và mặt phẳng phân cắt, dẫn đến gãy xương giòn.

Phân tích hình thái vết nứt xác minh thêm mối tương quan giữa cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q. Một cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất (tỷ lệ ferit hình kim cao, hạt mịn, kết tủa mịn) dẫn đến kiểu gãy dẻo với các vết lõm mịn và đồng đều, tương ứng với các tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời. Ngược lại, một cấu trúc vi mô thô (tỷ lệ ferit hình kim thấp, hạt thô, kết tủa thô) dẫn đến dạng gãy hỗn hợp có độ dẻo và độ giòn với các vết lõm thô và mặt phẳng phân cắt, tương ứng với tính chất cơ học kém.

Trong bài báo này, một nghiên cứu toàn diện về cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q đã được thực hiện bằng OM, Ai, TEM, Kiểm tra độ bền kéo, Thử nghiệm tác động Charpy, Kiểm Tra Độ Cứng, và phân tích hình thái gãy xương. Các kết luận chính như sau:

(1) Cấu trúc vi mô của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q như đã nhận được chủ yếu bao gồm ferrite hình kim (CỦA, 65%-70%), ferit đa giác (PF, 20%-25%), và một lượng nhỏ bainit (b, 5%-10%) và martensite-austenite (M-A) hòn đảo. Kích thước hạt trung bình khoảng 8 Sọ. Một lượng lớn kết tủa mịn (NB(C,N) và VC, 5-20 bước sóng) được phân bố đồng đều trong ma trận ferit. Thép khi nhận được có các đặc tính cơ học toàn diện tuyệt vời: Mang lại sức mạnh 505 MPa, Độ bền kéo 635 MPa, Kéo dài 30%, năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC 135 J, và độ cứng Rockwell 20 HRC, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của API 5L và GB/T 9711 chuẩn.

(2) Nhiệt độ chuẩn hóa có tác động đáng kể đến vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép. Với sự gia tăng nhiệt độ bình thường hóa từ 880oC lên 980oC, tỷ lệ ferit dạng kim đầu tiên tăng lên sau đó giảm dần, và kích thước hạt lúc đầu giảm rồi sau đó tăng. Nhiệt độ bình thường hóa tối ưu là 920-950oC. Ở khoảng nhiệt độ này, thép thu được cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất với tỷ lệ ferit dạng kim cao (70%-75%) và kích thước hạt trung bình là 7-8 Sọ. Các tính chất cơ học tương ứng là tốt nhất: Mang lại sức mạnh 510-520 MPa, Độ bền kéo 640-650 MPa, Kéo dài 31%-32%, năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC 140-150 J, và độ cứng Rockwell 21-22 HRC.

(3) Nhiệt độ ủ cũng có tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép được chuẩn hóa ở 920oC. Với sự gia tăng nhiệt độ ủ từ 550oC lên 700oC, ferit dạng kim dần dần bị phân hủy, ferit đa giác phát triển, và xi măng kết tủa đầu tiên được tinh chế và sau đó thô lại. Nhiệt độ ủ tối ưu là 600-650oC. Ở khoảng nhiệt độ này, thép duy trì tỷ lệ ferit dạng kim cao (68%-72%) và kết tủa xi măng mịn. Các tính chất cơ học tương ứng là tuyệt vời: Mang lại sức mạnh 500-510 MPa, Độ bền kéo 625-635 MPa, Kéo dài 32%-33%, năng lượng hấp thụ tác động ở -20oC 155-160 J, và độ cứng Rockwell 19-20 HRC.

(4) Các tính chất cơ học toàn diện của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q chủ yếu được xác định bởi loại, tỷ lệ, và kích thước hạt của các thành phần vi cấu trúc. Acicular ferit là yếu tố then chốt nâng cao độ bền và độ dẻo dai của thép; ferit đa giác cải thiện độ dẻo của thép; kết tủa mịn (NB(C,N) và VC) tăng cường độ bền của thép thông qua việc tăng cường lượng mưa; hạt mịn cải thiện cả sức mạnh và độ dẻo dai của thép. Cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất với tỷ lệ ferit dạng kim cao, hạt mịn, và kết tủa mịn dẫn đến tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời.

(5) Chế độ gãy của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q với các đặc tính cơ học tuyệt vời là gãy dẻo, và bề mặt gãy bao gồm các vết lõm mịn và đồng đều. Dùng cho thép có cơ tính kém do vi cấu trúc thô, kiểu gãy là kiểu gãy hỗn hợp giữa độ dẻo và độ giòn, và bề mặt vết nứt có các vết lõm thô và mặt phẳng phân cắt.

Mặc dù bài báo này đã đạt được kết quả nghiên cứu chuyên sâu về vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q, vẫn còn một số khía cạnh cần được nghiên cứu thêm trong tương lai:

(1) Mở rộng nghiên cứu về môi trường dịch vụ. Bài viết này chủ yếu nghiên cứu cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp. (-20có thể) điều kiện. tuy nhiên, Thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q thường được sử dụng trong môi trường dịch vụ khắc nghiệt như áp suất cao, sự ăn mòn (Co₂, H₂s), và nhiệt độ luân phiên. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào sự phát triển của cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép trong những môi trường sử dụng khắc nghiệt này, và nghiên cứu đặc tính chống ăn mòn và mỏi của thép, nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết toàn diện hơn cho việc vận hành an toàn đường ống.

(2) Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến. Bài báo này chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình chuẩn hóa và tôi đến vi cấu trúc và tính chất cơ học của thép.. Với sự phát triển của công nghệ xử lý nhiệt, công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến như làm nguội và ủ (Q&T), lăn có kiểm soát và làm mát có kiểm soát (TMCP), và làm nguội đẳng nhiệt đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thép đường ống. Nghiên cứu trong tương lai có thể nghiên cứu tác động của các công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến này lên cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q, và khám phá các quy trình xử lý nhiệt tối ưu hơn để cải thiện hơn nữa hiệu suất của thép.

(3) Nghiên cứu cơ chế của các nguyên tố vi hợp kim. Bài viết này chỉ phân tích ngắn gọn vai trò của các nguyên tố vi hợp kim như Nb, V, và Ti. Nghiên cứu trong tương lai có thể sử dụng tính toán nguyên tắc đầu tiên và mô phỏng trường pha để nghiên cứu sâu về cơ chế tương tác giữa các nguyên tố vi hợp kim và ma trận, cơ chế tạo mầm và phát triển của kết tủa, và ảnh hưởng của các nguyên tố vi hợp kim đến quá trình chuyển pha, nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và tối ưu hóa thành phần hóa học của thép.

(4) Ứng dụng công nghệ sản xuất thông minh. Nghiên cứu trong tương lai có thể đưa trí tuệ nhân tạo và công nghệ dữ liệu lớn vào quy trình sản xuất thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q. Bằng cách xây dựng mô hình dự đoán cấu trúc vi mô và tính chất cơ lý dựa trên các thông số quá trình sản xuất, có thể thực hiện được việc giám sát và tối ưu hóa quy trình sản xuất theo thời gian thực, sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất và sản phẩm phẩm chất sự ổn định của thép.

(5) Nghiên cứu về khả năng hàn. Mặc dù thép đường ống liền mạch tránh được các khuyết tật của mối hàn, nó vẫn cần được hàn trong quá trình xây dựng đường ống. Nghiên cứu trong tương lai có thể nghiên cứu khả năng hàn của thép đường ống liền mạch API 5L X70Q/L485Q, phân tích vi cấu trúc và tính chất cơ lý của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), và đề xuất các quy trình hàn tối ưu để đảm bảo chất lượng hàn và hiệu suất tổng thể của đường ống..