X70管线钢显微组织与应变硬化指数关系的研究

作     者：张文 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵卓;周艳文

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：X70管线钢 显微组织 n值 有限元模拟 贝氏体 

摘      要：目前国内外对深海石油气的需求与日俱增,与此同时对深海石油气输运用管线钢的性能要求也不断提高。X70作为深海石油气输运用管线钢之一需要服役复杂的深海环境,要求管线钢具有良好的塑韧性、高强度、耐蚀性、抗冲击等性能,因此我们引入n值进行研究。n值又称为应变硬化指数,是通过拉伸试验应力应变曲线的塑性阶段进行计算得到的一项重要的力学性能参数,可反映金属材料抵抗均匀塑型变形的能力,n值越高,管线钢变形越小,管线钢性能就越稳定,但n值的研究常见于薄板,对中厚板材的n值计算及合理性研究较少,如何将n值引入深海管线钢用中厚板的评价中具有重要的意义。因此,本文以X70深海管线钢用中厚板为研究对象,采用试验与模拟相结合的研究方法,构建微观显微组织与宏观材料性能间的关系模型,探究显微组织形貌分布、体积分数、晶粒度大小与n值的关系,并预测板材失效机制。本课题首先对X70管线钢的一些性能进行试验检测,如:塑韧性、强度、硬度、成分、组织形貌等。再通过代表体积单元（representative volume elements,RVE）有限元的方法,探究X70管线钢宏观应变硬化指数（n值）与微观显微组织间关系,结合试验结果验证模拟方法的正确性。最后通过调整形貌分布、体积分数、晶粒度大小等参数探究显微组织与n值的关系。结果发现:1.X70管线钢由C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Ti、Nb等化学成分组成,通过试验,测得X70管线钢的屈服强度为515 MPa,抗拉强度为594 MPa,n值为0.155,硬度HV为197 HV,冲击功387/J,具有良好的强韧性与低温韧性,其组织形貌包含贝氏体、粒状贝氏体、针状铁素体、多边形铁素体、M-A小岛等组织结构。2.结合拉伸试验结果,验证模拟方法的正确性及可行性。经对比分析多种n值计算方法,P/P两点法计算n值准确度较高且简单高效。3.在理想边界条件下,贝氏体组织的分布对n值影响较小;贝氏体含量的增加,材料的宏观力学性能不断提升,n值不断降低。4.应力主要集中于贝氏体,塑性变形主要集中于铁素体。在拉伸变形过程中,细长的贝氏体、两相界面处更容易萌生裂纹,发生穿晶与沿晶断裂现象。