随着石油、天然气工业的发展,石油、天然气输送管道发展也十分迅速。在我国,管线是输送油、气最为经济而有效的工具,应用广泛;随着国民经济的快速发展和对石油、天然气能源消耗的不断扩大。同时对石油和天然气的输送效率也迅速增加,管线输送压力不断提高,因此对管线材料管线钢性能的要求也越来越高。本论文主要有两方面的研究内容:一方面利用Gleeble-3500热模拟试验机和正交设计试验试制出一种新型X100管线钢并对该管线钢的控轧控冷工艺进行优化;另一方面结合实际生产,对与试验钢成分相近的由南通某钢厂提供的钢坯轧制成无缝钢管,对其产品析出物的成分和形貌进行研究分析。主要研究内容如下:(1)通过合理的成分设计和组织性能研究,在实验室成功试制一种含有Mn,Ni和少量Nb,Ti合金元素的X100管线钢,其主要成分如下:C-0.06,Mn-1.28,Si-0.25,Nb-0.053,Mo-0.053,Ni-1.30和Ti-0.012。通过合理调控控轧控冷工艺参数,其屈服强度为695MPa,抗拉强度为768MPa,伸长率为16.6%,常温下冲击功为262J,达到X100管线钢的标准。(2)上述实验用钢的对控轧控冷工艺参数:加热温度,终轧温度,终冷温度和冷却速度设计四要素三水平正交试验,用Gleeble-3500热模拟试验机模拟控轧控冷工艺,得到最佳工艺参数组合,然后进行中试线的轧制试验验证。利用金相显微镜和电子显微镜对热模拟和中试线轧制试样进行显微组织分析,并进行力学性能检测。结果表明,加热温度1180℃,终轧温度810℃,终冷温度400℃,冷却速度35℃/s时,实验用钢板可获得粒状贝氏体(GB),针状铁素体(AF),下贝氏体(LB),M/A的最佳组织构成与较好的综合力学性能。(3)管线钢的各项力学性能产生比较大的差异。利用中试线轧机,结合正交试验设计,主要研究控轧控冷工艺参数中终冷温度对试验钢力学性能和显微组织的影响。当终冷温度为250℃、350℃和450℃时,分别观察了试验钢的显微组织并测定力学性能,综合评估新制X100管线钢对强度和韧性的要求。(4)对管线钢产品量化研究,分析管线钢析出物的种类,钢中的析出物大多数是复合析出相,形貌不规则。占主要分数的不规则析出物的尺寸比较小,一般≤50nm,该类析出物分为两种,一种为以圆形或椭圆形的形貌析出,其主要是以Nb的碳氮化物为主,Ti以及V的碳氮化物混合析出。另一种为以多边形析出,其主要成分为Ti的碳氮化物,Nb、V的碳氮化物混合析出。尺寸比较大的析出物(50nm~100nm)比较少,也分为两种:一种以方形状析出,其以Ti的碳氮化合物为主,其尺寸比较大在50nm~100nm。另一种以长条型且很黑的形态析出,主要是Nb的碳氮化合物,这类的析出物的尺寸也比较大。(5)采用NACE standard TM 0284-2003氢致开裂标准实验方法,测定试制的X100管线钢的抗氢致开裂性能优劣。测试结果表明:试制的X100管线钢具有较好的抗氢致裂纹性能。试验钢表面均有腐蚀产物和裂纹产生,但内部未发现裂纹,裂纹在点蚀坑处形核并扩展,但终止于粒状贝氏体。