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42mnmo7钢热轧状态组织不良分析 2000年前，中国使用的大多数n80钢级油气管（包括管道和套筒）都是42m-mr7管道。为了满足油压机的使用要求，作者测量了42nmmo7钢在不同条件下的性能，并重点分析了不同条件下的性能特征。 142 mnmo7钢的物理和化学性质性能 1.1 物理分化 某厂生产的N80油井管的材料为42MnMo7钢,其化学成分分析结果(质量分数)见表1。 1.2 标准的有关试验 从某厂生产的N80油井管调质和热轧状态下随机取样按API SPEC 5CT及ASTM A370标准的有关规定进行试验,结果见表2。 由表2可见,油管和接箍料管的拉伸性能基本符合API SPEC 5CT的要求,但强度偏高,伸长率较低。并且各指标的分布范围较宽,波动幅度较大。 1.3 韧脆转变温度nmo7试验 从油管上沿纵向加工出尺寸为7.5 mm×10 mm×55 mm的试样3根,从接箍料沿纵向加工出尺寸为10 mm×10 mm×55 mm的试样3根,按ASTM E23的有关规定进行室温(0 ℃)的夏比V型冲击试验,测量夏比冲击功(Akv),并由纤维状断口面积百分比(SA)测定材料的韧脆转变温度(50% FATT,即Tk),结果见表3。 对照实际断口求出结晶状断口约50%面积的温度记为50% FATT (Fracture Appearance Transition Temperature)为韧脆转变温度。它所反映的是试样断裂过程中裂纹扩展变化的特征,可定性评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。一般材料实际使用温度T0与韧脆转变温度Tk之差称为温度储备ΔT。ΔT越大,即Tk越小,材料越安全,性能越好。 按API 5CT SR16要求,对0 ℃管体纵向10 mm×10 mm×55 mm试样要求:CVN=S(0.002 36t+0.025 18)或27J,取其中较大值(式中CVN为API 5CT标准中的无强制冲击要求值,与试验温度和试样尺寸有关;S为被测产品钢级的规定最大屈服强度,N80钢级为758 MPa;t为由接箍规定尺寸确定的临界壁厚,mm)。 表3中油管所列数据为对5 mm×10 mm×55 mm试样换算的要求值为27 J×0.55=14.85 J≈15 J,其中的0.55为API 5CT的附加要求SR16.3规定的吸收能(冲击功)递减系数。所以API 5CT SR16要求(0 ℃):油管的冲击值应≥15 J,接箍料管的冲击值应≥41 J。 从试验结果可以看出,油管和接箍料管在热轧状态的冲击韧度很低,所有的试验断口基本上是全结晶状形态,微观形貌为解理+准解理,说明断口的韧脆转变温度在室温之上,从多次取样的检验结果来看,在热轧状态下材料的韧脆转变温度一般在50～80 ℃,油管和接箍料管在室温下已处于脆性状态。而调质状态下的韧脆转变温度在0 ℃以下。 42MnMo7钢的室温冲击功较低,试样断口的宏观形貌断口齐平,以结晶状形貌为主。对断口进行扫描电镜观察,结晶区形貌以准解理为主。 1.4 钢管及接再接收管晶粒 42MnMo7钢的油管和接箍料管在调质状态下的显微组织是回火索氏体+珠光体+铁素体,晶粒度是8～10级,如图1a所示。而在热轧状态下,油管的晶粒度是7级,组织是贝氏体+珠光体+铁素体(少量),如图1b所示。钢管及接箍料管晶粒粗大且分布不均匀,在3～5级,见图1c。金相观察结果表明,各试样显微组织均以粗大的上贝氏体为主,并且伴有少量珠光体和条带状分布的淬火马氏体,见图1d。在一些试样上,还发现有明显的魏氏体,见图1e。所有试样观察均发现,上贝氏体条束或魏氏体组织中的铁素体条束几乎贯穿整个晶粒,并且在所有试样中均观察到马氏体。 通过以上分析发现,42MnMo7钢热轧状态下的油管和接箍料管,虽然其化学成分、冶金质量及拉伸性能符合API SPEC 5CT要求,但其韧性差,拉伸和冲击断口脆性很大,显微组织均为粗大的上贝氏体、魏氏体组织及马氏体及少量的珠光体等组成的混合组织,见图1f。 2 分析与讨论 2.14 显微组织分析 通过测定, 42MnMo7钢的连续冷却转变(CCT)曲线见图2。 根据Steven和Haynes公式,马氏体转变点温度MS可用下式表示: MS=561?474WC?33WMn?17WNi?17WCr?21WMo(1)ΜS=561-474WC-33WΜn-17WΝi-17WCr-21WΜo(1) 式中WC,WMn,WNi,WCr,WMo分别表示合金元素的质量百分比。 42MnMo7钢中含有0.15%的钼,钼在钢中可以明显地推迟珠光体转变,同时碳含量较高,所以其马氏体转变温度也降低,低于300 ℃。从CCT曲线可以看出,42MnMo7钢的AC3,AC1和MS分别为770,712和274 ℃,该钢在冷速0.3 ℃/s,就