1封面+任务书+开题报告.docx

1封面+任务书+开题报告.docx

《1封面+任务书+开题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1封面+任务书+开题报告.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1封面+任务书+开题报告

江西理工大学

本科毕业设计（论文）

题目：

回火工艺对X120级管线钢组织与性能的影响

学院：

材料科学与工程学院

专业：

材料成型及控制工程

班级：

材型081班

学号：

29

学生：

李员妹

指导教师：

齐亮职称：

讲师

时间：

2012年5月26日

江西理工大学

本科毕业设计（论文）任务书

材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业2008级（2012届）1班学号29

学生李员妹

题目：

回火工艺对X120级管线钢组织与性能的影响

原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：

X120级管线钢的应用具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线工程造价降低5%～18%，主要体现在节约材料、提高输送压力和运输量、减小施工量、降低维护费用、优化整体方案等方面。

如使用X120取代X70级管线钢，可使成本降低38％左右。

国外开展X120级管线钢研究的企业主要有新日铁、住友金属、JFE、欧洲钢管等。

新日铁公司与埃克森美孚公司合作首先试制成功，并于2004年联合加拿大传输管线有限公司（TCPL）在北阿尔伯达安装了1.6km的X120级管线，以研究冬季严酷条件下的可施工性。

国内开展X120级管线钢研究始于2005年，武钢、鞍钢、宝钢、北科大、西安管材所的科研部门正在开展该产品的研究，目前仍处在试验探索和理论研究阶段。

X120管线钢的碳含量一般为0.05％，（Cu+Ni+Cr+Mo）≤2％，并加入微合金化元素V、Nb、Ti、B。

通过控制轧制和控制冷却工艺，该钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。

生产X120管线钢的热处理过程有在线热处理工艺装JFE-HOP，间断直接淬火（IDQ），直接淬火DQT工艺和淬火-配分（Q&P）工艺技术等。

生产X120级管线钢其中一种可行性工艺为DQ（或TMCP）+回火，因此，研究回火工艺对X120高强度管线钢组织性能的影响具有重要意义。

通过合理的组织、成分设计，本实验对实验钢进行了相变规律和轧后回火工艺研究，结合金相、扫描电镜、显微硬度等分析手段进行表征，欲期能够得到相应的实验性结论，指导生产实践。

主要内容和要求：

（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：

试验钢在实验室真空感应炉中冶炼，真空浇铸成钢锭后，将铸锭锻造成矩形断面钢坯，试样加热至1000℃保温2min，然后分别以0.5℃/S、1℃/S、3℃/S、5℃/S、10℃/S、20℃/S、30℃/S、50℃/S的冷速将试样冷却至室温，测得试样在冷却过程中的膨胀曲线，在温度-膨胀量曲线有突变的地方做切线得到各冷速下的相变点温度。

将热膨胀后的试样沿横向用线切割机剖开，经过砂纸打磨及抛光，制成金相试样，用4%的硝酸酒精溶液侵蚀抛光好的试样表面大概20S，然后在金相显微镜下观察其室温组织。

根据研究的需要，将实验钢板按照回火温度在箱式回火炉中进行回火处理，随炉加热至相应的温度。

取九个试样分别做在不同回火温度下的实验，其中一个定为原样，其他回火温度分别为250℃，300℃，350℃，400℃，450℃，500℃，550℃，600℃，保温1小时。

另取八个试样，回火温度350℃时，保温时间分别为20min，40min，60min，80min。

将回火温度设定在350℃，将其中四个试样放入热处理炉中，随炉加热，当温度上升到350℃时开始计时，当时间到20min时取出一个试样空冷，再过20min取出第二个试样空冷，如此到第四个试样回火完成。

回火温度400℃时，保温时间分别为20min，40min，60min，80min。

步骤同上述。

回火后，制备金相样品，将实验钢进行机械磨制、机械抛光，用4%的硝酸酒精溶液浸蚀，并及时在吹风机下吹干，在金相显微镜和扫描电镜观察组织，测量它们的洛氏硬度值。

研究不同回火温度和回火时间对X120级管线试验钢组织、性能的影响规律，为工业生产提供试验依据。

1.研究X120级管线试验钢连续冷却相变规律及观察其显微组织。

2.研究不同回火温度对X120级管线试验钢光学和电子显微组织，力学性能的影响规律。

3.研究不同回火时间对X120级管线试验钢光学和电子显微组织，力学性能的影响规律。

日程安排：

2012年2月27日-2012年3月31日：

查阅文献，收集资料，开题报告，实验准备。

2012年4月1日-2012年4月30日：

进行实验研究、编写文献综述。

2012年5月1日-2012年月5月20日：

样品检测、撰写论文。

2012年5月21日-2012年6月初：

按要求装订成册，准备毕业论文答辩。

主要参考文献和书目：

[1]王路兵,武会宾,任毅,等.X120级管线钢DQ-T工艺试验研究[J].金属热处理,2007,32（10）:

44–47.

[2]李鹤林.油气输送钢管的发展动向与展望[J].焊管,2004,27（6）:

1-11.

[3]郑磊,傅俊岩.高等级管线钢的发展现状[J].钢铁,2006,41（10）:

l-10.

[4]任易,张帅,王爽,等.830MPa级含铬管线钢的研究[J].冶金材料,2009,16（3）:

273.

[5]OkaguchiS,MakinoH,HamadaM,etal.DevelopmentandMechanicalPropertiesofX120Linepipe[C]//Proceedingsof13thInternationalOffshoreandPolarEngineeringConference.Honolulu:

ISOPE,2003:

36.

[6]ShanmugamS,RamisettiNK,MisraRDK,etal.MicrostructureandHighStrength-ToughnessCombinationofaNew700MPaNb-MicroalloyedPipelineSteel[J].MaterialsScienceandEngineering,2008,478A（1/2）:

26.

[7]BeidokhtiB,KoukabiAH,DolatiA.EffectofTitaniumAdditionontheMicrostructureandInclusionFormationinSubmergedArcWeldedHSLAPipelineSteel[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2009,209:

4027.

[8]LeeSunghak,KwonDongil,LeeYoungKook,etal.TransformationStrengtheningbyTher-momechanicalTreatmentsinC-Mn-Ni-NbSteels[J].MetallurgicalandMaterialsTransactions,1995,26A:

1093.

[9]HwangByoungchul,LeeSunghak,KimYoungMin,etal.CorrelationofRollingCondition,Microstructure,andLow-TemperatureToughnessofX70PipelineSteels[J].MetallurgicalandMaterialsTransactions,2005,36A（7）:

1793.

[10]吴慧斌,尚成佳,杨善武,等.超细低碳贝氏体钢的回火显微组织和力学性能[J].冶金研究院学报,2004,40（11）:

1143.

[11]AsahiH,HaraT.DevelopmentofPlateandSeamWeldingTechnologyforX120Linepipe[J].InternationalJournalOffshoreandPolarEngineering,2004,14

（1）:

34.

[12]DhuaSK,MukerjeeD,SarmaDS.InfluenceofThermomechanicalTreatmentsontheMicr-ostructureandMechanicalPropertiesofHSLA-100SteelPlates[J].MetallurgicalandMaterialsTransactions,2003,34A

（2）:

241.

[13]刘东宇,许红,杨昆,等.贝氏体/马氏体的混合组织对低碳合金钢强度和韧性的影响[J].冶金研究院学报,2004,13（3）:

882.

[14]温玉清.超细晶粒钢[M].北京:

冶金工业出版社,2003.

[15]程林恒,康永林,李先浩,等.高温回火对600MPa低碳贝氏体钢显微结构及力学性能的影响[J].北京科技大学学报,2009,31（8）:

983.

[16]彭正权.提高低碳微合金板伸长的轧制技术[J].机械研究与应用,2007,20（6）:

51.

[17]BarsantiL,HillenbrandHG,MannucciG,etal.Possibleuseofnewmaterialsforhighpressurelinepipeconstruction:

AnopeningonX100gradesteel[C]//ProceedingsofIPC2002,4thInternationalPipelineConference,2002,Alberta,Canada.

[18]MitsuhiroOkatsu.MetallurgicalandmechanicalfeaturesofX100linepipessteel[C]//PipeDreamer'sConference,2002.

[19]AlanGlover.ResearchandapplicationofX100andX120[C]//TheInternationalSymposiumProceedingsonX80SteelGradePipelines.Beijing,China,2004:

108－114.

[20]DougFairchild.X120pipelinedevelopmentforlongdistancegastransmissionlines[C]//ReportofSeminarForumofX100/120GradeHighPerformancePipeSteelBeijing,China,2005:

6.

[21]王仪康,潘家华.高性能管线钢[R]//ReportofX100/X120HighStrengthLinePipeInternationalForumBeijing,China,2005:

28－29.

[22]李曼云,孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册[M].北京:

冶金工业出版社,1990.

[23]邹庆华.钢的成分、回火温度与硬度之间的关系[J].金属热处理,1994（3）:

41－42.

[24]AndrewsKW.Empiricalformulaeforcalculationofsometransformationtemperature[J].JISI,1965,203（7）:

721-727.

[25]贺信莱,尚成嘉,杨善武,等.高性能低碳贝氏体钢[M].北京:

冶金工业出版社,2008.

[26]GrangeRA,StewartHM.Thetemperaturerangeofmartensiteformation[J].TransAIME，1946,167:

467－490.

[27]PaysonP,SavageCH.Martensitereactioninalloysteels[J].TransASM,1944,33:

261-280.

[28]康军艳,余伟,陈银莉.回火工艺对针状铁素体钢组织和性能的影响[J].钢铁,2006,41（9）:

65-69.

[30]余伟,谢勇,武会宾,等.X120管线钢的连续冷却相变及显微组织[J].材料热处理学报,2011,32（3）:

62-66.

[31]谢勇.X120高级别管线钢的开发[D].北京:

北京科技大学,2007.

指导教师（签字）：

年月日

注：

本表可自主延伸，各专业根据需要调整。

江西理工大学

本科毕业设计（论文）开题报告

材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业2008级（2012届）1班学号29

学生李员妹

题目：

回火工艺对X120级管线钢组织与性能的影响

本课题来源及研究现状：

管线运输是陆地和海上长距离输送石油、天然气最经济合理的运输方式，近年来管道输送技术的不断发展促进了对管线钢的研制和开发。

国内的无缝钢管企业在生产管线钢管时多采用调质工艺生产。

通常，由板材制成管线的钢或非调质的管线钢的成分设计思路，都是在低碳锰钢的基础上加微合金化元素如V、Ti、Nb、N等。

随着工业的发展和生活方式的现代化，国际上对石油天然气的需求持续增长，石油天然气的供不应求使世界对管线用钢的需求量不断加大。

为了提高管道输送能力，节约建设成本，管线用钢逐渐向高强度、高韧性和良好的焊接性等方面发展。

目前，世界上已经研制成功的最高级别管线用钢为X120级，最小屈服强度为827MPa。

X120级管线钢的应用具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线工程造价降低5%～18%，主要体现在节约材料、提高输送压力和运输量、减小施工量、降低维护费用、优化整体方案等方面。

如使用X120取代X70级管线钢，可使成本降低38％左右。

国外开展X120级管线钢研究的企业主要有新日铁、住友金属、JFE、欧洲钢管等。

新日铁公司与埃克森美孚公司合作首先试制成功，并于2004年联合加拿大传输管线有限公司（TCPL）在北阿尔伯达安装了1.6km的X120级管线，以研究冬季严酷条件下的可施工性。

国内开展X120级管线钢研究始于2005年，武钢、鞍钢、宝钢、北科大、西安管材所的科研部门正在开展该产品的研究，目前仍处在试验探索和理论研究阶段。

X120管线钢的碳含量一般为0.05％，（Cu+Ni+Cr+Mo）≤2％，并加入微合金化元素V、Nb、Ti、B。

通过控轧和强控冷工艺，该钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。

生产X120管线钢的热处理过程有在线热处理工艺装置JFE-HOP，间断直接淬火（IDQ），直接淬火DQT工艺和淬火-配分（Q&P）工艺技术等。

在线热处理（HOP）工艺，JFE在西日本钢铁厂的Fukuyama厚板厂安装了HOP（在线热处理工艺）装置，这是一种螺线管型感应加热设备，在生产线上临近热矫机，位于加速冷却装置之后，与Super-OLAC（超级在线加速冷却工艺）相结合。

采用传统TMCP工艺时，钢板经过控轧、加速冷却、然后空冷；而采用HOP技术时，钢板快速冷却后立即通过感应线圈进行快速加热处理。

结果，通过控制相变获得了多种性能，碳化物和第二相同时析出，这是传统工艺达不到的。

在线热处理工艺（HOP）由3个阶段组成：

（1）ACC停止与等温过程；

（2）HOP热处理过程；（3）空冷。

IDQ工艺，新日铁公司开发的X120管线钢选用了以下贝氏体（LB）为主的显微组织，通过采用间断直接淬火（IDQ）工艺获得。

钢板经再结晶区和未再结晶区轧制后直接淬火，控制终冷温度在贝氏体转变区，终冷开始时表面温度低于中心，随后由于温度差，热量从中心向表面传递，最终表面和中心温度趋于一致，其实质相当于自回火过程。

在此工艺中，板坯加热温度、未再结晶区变形量以及终冷温度都是很重要的技术参数。

板坯加热温度决定轧制前的原奥氏体晶粒；未再结晶区变形量决定原奥氏体晶粒的扁平化（pancake）程度，随着扁平化程度增加，韧脆转变温度降低。

在较高温度终冷得到的是蜕化上贝氏体组织，而终冷温度较低时得到的是下贝氏体，由于下贝氏体较蜕化上贝氏体组织具有更好的强度和韧性，故采用较低温度终冷。

DQT工艺，DQT工艺采用再结晶区与未再结晶区两阶段控轧，轧后直接淬火，450℃回火得到了最佳的力学性能。

研发的X120级管线钢组织为下贝氏体与回火马氏体，与HOP、IDQ相比，提高了相变强化的程度，同时在回火过程中，有ε-Cu的时效析出。

在此工艺中，主要影响因素为板坯加热温度、轧制工艺、直接淬火过程中的板形控制与回火温度。

采用两阶段轧制，应注意避免在部分再结晶区变形，防止出现混晶；直接淬火过程，要求钢板上下表面冷速相同，以免发生钢板翘曲，对设备有较高的要求。

Q&P工艺，Q&P（QuenchingandPartitioning）工艺机理是基于碳在马氏体／奥氏体混合组织中的扩散。

尽管在Q&P工艺与传统Q&T（QuenchingandTempering）工艺下，马氏体形成热力学机制相同，但两者微观组织的演变机理及最终构成完全不同。

在Q&T工艺中，回火马氏体形成时，渗碳体的形成消耗了部分碳，而且残余奥氏体分解。

而Q&P工艺却有意地抑制了Fe-c化物的析出，并使残余奥氏体稳定而不被分解，从而保持了良好的韧性。

生产X120级管线钢其中一种可行性工艺为DQ（或TMCP）+回火，因此，研究回火工艺对X120高强度管线钢组织性能的影响具有重要意义。

通过合理的组织、成分设计，本实验对实验钢进行了相变规律和轧后回火工艺研究，结合金相、扫描电镜、显微硬度等分析手段进行表征，研究了不同回火温度对试验钢组织、性能的影响规律。

欲期能够得到相应的实验性结论，指导生产实践。

X120采用以下贝氏体（LB）为主的显微组织或铁素体－贝氏体双相组织，通过IDQ（轧后直接淬火）或HOP工艺获得。

为保证X120级别管线钢的高强度、高韧性、良好焊接性能、高止裂性能，钢的成分设计上采取低碳或超低碳的低合金成分，通过控制冷却工艺获得低碳贝氏体、低碳马氏体或两者的混合组织，以期在保证力学性能的同时降低合金含量。

组织和成分设计是开发高性能管线钢的重要环节。

研究X120级管线用钢的相变规律是开发新型的高强度石油输送管的基础，将为加工制造工艺和相关的工程试验提供重要依据。

随着冷却速度的增加，X120级管线钢的奥氏体向铁素体，珠光体转变温度显著降低，铁素体数量明显减少，铁素体晶粒尺寸也随着减少，珠光体减少，贝氏体数量不断增多，组织由多边形铁素体向针状铁素体转变。

在试验工艺范围内，随着回火温度的升高和回火时间的延长，试验钢强度出现波动起伏现象，并主要受M/A岛及碳化物分解、析出强化、位错密度降低等因素影响；材料回火后性能与轧态性能相比，屈服强度出现波动起伏现象，抗拉强度下降明显，材料塑性显著改善，延伸率大幅度提高，冲击韧性没有下降。

课题研究目标、内容、方法和手段：

1.课题研究目标：

研究X120级管线试验钢连续冷却相变规律及回火工艺处理，研究不同回火温度和回火时间对X120级管线试验钢组织、性能的影响规律，为工业生产提供试验依据。

2.课题研究内容：

1.研究X120级管线试验钢连续冷却相变规律及观察其显微组织。

2.研究不同回火温度对X120级管线试验钢光学和电子显微组织，力学性能的影响规律。

3.研究不同回火时间对X120级管线试验钢光学和电子显微组织，力学性能的影响规律。

3.课题研究方法和手段：

试验钢在实验室真空感应炉中冶炼，真空浇铸成钢锭后，将铸锭锻造成矩形断面钢坯，试样加热至1000℃保温2min，然后分别以0.5℃/S、1℃/S、3℃/S、5℃/S、10℃/S、20℃/S、30℃/S、50℃/S的冷速将试样冷却至室温，测得试样在冷却过程中的膨胀曲线，在温度-膨胀量曲线有突变的地方做切线得到各冷速下的相变点温度。

将热膨胀后的试样沿横向用线切割机剖开，经过砂纸打磨及抛光，制成金相试样，用4%的硝酸酒精溶液侵蚀抛光好的试样表面大概20s，然后在金相显微镜下观察其室温组织。

根据研究的需要，将实验钢板按照回火温度在箱式回火炉中进行回火处理，随炉加热至相应的温度。

取九个试样分别做在不同回火温度下的实验，其中一个定为原样，其他回火温度分别为250℃，300℃，350℃，400℃，450℃，500℃，550℃，600℃，保温1小时。

另取八个试样，回火温度350℃时，保温时间分别为20min，40min，60min，80min。

将回火温度设定在350℃，将其中四个试样放入热处理炉中，随炉加热到所需温度，当温度上升到350℃时开始计时，当时间到20min时取出一个试样空冷，再过20min取出第二个试样空冷，如此到第四个试样回火完成。

回火温度400℃时，保温时间分别为20min，40min，60min，80min。

步骤同上述。

回火后，制备金相样品，将实验钢进行机械磨制、机械抛光，用4%的硝酸酒精溶液浸蚀，并及时在吹风机下吹干，在金相显微镜和扫描电镜观察组织，测量它们的洛氏硬度值。

研究不同回火温度和回火时间对X120级管线试验钢组织、性能的影响规律，为工业生产提供试验依据。

设计（论文）提纲及进度安排：

2012年2月27日-2012年3月31日：

查阅文献，收集资料，开题报告，实验准备。

2012年4月1日-2012年4月30日：

进行实验研究、编写文献综述。

2012年5月1日-2012年5月20日：

样品检测、撰写论文。

2012年5月21日-2012年6月初：

按要求装订成册，准备毕业论文答辩。

主要参考文献和书目：

[1]王路兵,武会宾,任毅,等.X120级管线钢DQ-T工艺试验研究[J].金属热处理,2007,32（10）:

44–47.

[2]李鹤林.油气输送钢管的发展动向与展望[J].焊管,2004,27（6）:

1-11.

[3]郑磊,傅俊岩.高等级管线钢的发展现状[J].钢铁,2006,41（10）:

l-10.

[4]任易,张帅,王爽,等.830MPa级含铬管线钢的研究[J].冶金材料,2009,16（3）:

273.

[5]OkaguchiS,MakinoH,HamadaM,etal.DevelopmentandMechanicalPropertiesofX120Linepipe[C]//Proceedingsof13thInternationalOffshoreandPolarEngineeringConference.Honolulu:

ISOPE,2003:

36.

[6]ShanmugamS,RamisettiNK,MisraRDK,etal.MicrostructureandHighStrength-ToughnessCombinationofaNew700MPaNb-MicroalloyedPipelineSteel[J].MaterialsScienceandEngineering,2008,478A（1/2）:

26.

[7]BeidokhtiB,KoukabiAH,DolatiA.EffectofTitaniumAdd