در تحقیق حاضر رفتار تغییر شکل گرم فولاد API X70 به وسیله آزمون فشار گرم مطالعه شده است. جهت آزمایش، محدوده دمایی بین 950 تا 1150 درجه سانتی گراد با اعمال نرخ کرنش های متفاوت 0.01، 0.1 و 1 بر ثانیه انتخاب گردید. از منحنی های تنش - نرخ کارسختی برای نشان دادن وقوع تبلور مجدد دینامیکی استفاده و کاربرد روابط مشخصه برای تعیین ثوابت کار گرم این فولاد تشریح شد. با استفاده از تحلیل رگرسیون، ضریب تنش (a) و توان تنش (n) به ترتیب 0.016 و 4.420 محاسبه و انرژی فعال سازی تغییر شکل این فولاد نیز برابر KJ/mol 382 تعیین شد. همچنین اثر پارامتر زنر - هولمن (Z) روی نقاط ویژه منحنی های سیلان با استفاده از روابط تجربی بررسی و نهایتا سینتیک تبلور مجدد دینامیکی این فولاد مطالعه و رابطه حاکم بر این رفتار استخراج گردید.

تنش های پسماند ناشی از جوشکاری باعث کاهش تنش طراحی در خطوط لوله قطور و پر فشار انتقال گاز طبیعی می شود. لوله مورد بررسی از نوع API X70 با قطر خارجی و ضخامت 142/3 و 1/98سانتی متر است. برای اندازه گیری تنش های پسماند در این لوله از آزمایش کرنش سنجی سوراخ استفاده می شود. با توجه به ابعاد بزرگ لوله و اینکه حمل ونقل آن برای انجام آزمون کرنش سنجی سوراخ مشکل است جداسازی یک نمونه محدود از آن بسیار مناسب است. در پژوهش حاضر ابعاد این نمونه با ابعاد محدود بررسی می شود سپس شبیه سازی جوشکاری در نمونه جداشده انجام و تنش های پسماند از جمله تنش پسماند به منظور ضخامت برای اولین بار ارایه می شود. نتایج نشان می دهد که جداسازی نمونه استاندارد با ابعاد 44×32سانتی متر به منظور اندازه گیری تنش پسماند در لوله فولادی مطلوب است. موقعیت و میزان تنش پسماند کششی و فشاری بیشینه در لوله به دست آمده و تغییرات تنش های پسماند محیطی و طولی در سطوح داخلی و خارجی و در نواحی مختلف جوش بررسی می شود. همچنین صحت سنجی نتایج به دست آمده با نتایج اندازه گیری تنش پسماند در لوله از همین نوع فولاد با هندسه مشابه در مقیاس صنعتی انجام می شود. نتایج نشان داد که حداکثر تنش پسماند در سطح داخلی لوله در جهت طولی برابر 460مگاپاسکال (96% تنش تسلیم) بوده و پس از آزمون فشار مایع ایستا به 200مگاپاسکال (42% تنش تسلیم) تقلیل یافته است. به دلیل اینکه این مقدار کمتر از نصف تنش تسلیم است روش کرنش سنجی سوراخ پس از آزمون فشار مایع ایستا معتبر است.

در این پژوهش فولاد API X70 به عنوان نوعی از فولادهای استحکام زیاد با عناصر آلیاژی کم (HSLA) در شرایط مختلف تحت نورد گرم قرار گرفت و تاثیر پارامترهای مختلف نورد گرم طی فرایند کنترل شده ترمومکانیکال (TMCP) بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی بررسی شد. برای ارزیابی ریزساختار از میکروسکوپ نوری و الکترون روبشی (SEM) و برای ارزیابی مکانیکی از آزمون کشش و سختی استفاده شد. فولاد در دمای 1250 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه پیش گرم شد. سپس در گستره دمایی 1100 تا 730 درجه سانتی گراد با سرعت 10 دور بر دقیقه طی سه (نمونه A)، چهار (نمونه B) و پنج (نمونه C) مرحله نورد گرم و در هوا سرد شد. کرنش کل اعمال شده در همه نمونه ها برابر 62/0 انتخاب شد. در شرایط پنج مرحله ای، یک نمونه در دمای پایانی 900 درجه سانتی گراد (نمونه D)، یک نمونه با سرعت 20 دور بر دقیقه (نمونه E) نورد و یک نمونه در آب سرد شد (نمونه F). نتایج نشان داد ریزساختار همه نمونه ها، بجز نمونه سرد شده در آب (نمونه F)، از فریت و پرلیت ولی با مورفولوژی متفاوت تشکیل شده است. در شرایط یکسان، کمترین اندازه دانه در نمونه با سرعت 20 دور بر دقیقه (نمونه E) ایجاد شد. به دلیل حذف پرلیت و تشکیل فازهای شبه پایدار، نمونه سرد شده در آب (نمونه F) بیشترین استحکام و سختی و کمترین درصد ازدیاد طول را از خود نشان داد. بهترین ترکیب استحکام و درصد ازدیاد طول در نمونه با سرعت 20 دور بر دقیقه (نمونه E) بدست آمد.

دماهای بحرانی در یک فرایند ترمومکانیکی، در تعیین ریزساختار نهایی و خواص مکانیکی فولادهای کم آلیاژ و پراستحکام اهمیت زیادی دارند. در تحقیق حاضر، از زمانبندی میانگین برای تعیین دماهای بحرانی در عملیات ترمومکانیکی فولاد API X70 استفاده شده است. این فولاد وارداتی است و کاربردهای گسترده ای در خطوط قطور و پرفشار انتقال گاز طبیعی و شبکه های انتقال نفت در ایران دارد. دماهای بحرانی، در شرایط مختلف تغییر شکل شامل نرخ و میزان کرنش و زمان میان مرحله ای نورد تعیین شدند و تاثیر هر یک از متغیرهای تغییر شکل بر دمای بحرانی عدم وقوع تبلور مجدد (Tnr) برای فولاد مذکور بررسی شد. نتایج نشان دادند که Tnr با افزایش کرنش کاهش و با افزایش نرخ کرنش از 0.1s-1 به 1s-1، افزایش مییابد. افزون بر این، Tnr با افزایش زمان میان مرحله ای کاهش یافت. مقایسه نتایج حاصل از روش زمانبندی میانگین با مقادیر به دست آمده از رابطه های تجربی و دادههای آزمایشگاهی برای فولاد مشابه، نشاندهنده مطابقت خوب بین این مقادیر بود. با توجه به کمبود داده های تجربی، نتایج حاصل می توانند در بومی شدن تولید این فولاد استفاده شوند.

عملیات تولید فولادهای میکروآلیاژی نوردی شامل مجموعه ای از عملیات حرارتی و کار گرم است که به عملیات ترمومکانیکی موسوم می باشد. تعیین دماهای بحرانی استحاله آستنیت بعد از پایان تغییرشکل گرم و شناسایی عوامل موثر بر آن ها منجر به کنترل تحولات ریزساختاری در طی فرآیند تولید و در نتیجه دستیابی به ترکیب بهینه خواص مکانیکی در این فولادها می شود. در این مقاله، تاثیر دما و زمان آستنیته کردن و سرعت سرد کردن بر رفتار استحاله آستنیت فولاد API-X70 با ساختار نواری فریت- پرلیت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نمونه های تهیه شده در جهت نورد (RD)، جهت عرضی نورد(TD) و جهت عمود بر نورد (ND) از صفحه فولاد تحت آزمایش دیلاتومتری و مطالعه ریزساختاری واقع شدند. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما و زمان آستنیته، به دلیل انحلال بهتر عناصر به خصوص کربن در ساختار و رشد دانه های آستنیت، دمای شروع و پایان تجزیه آستنیت کاهش می یابد و ساختار از فریتی- پرلیتی به فریتی- بینیتی تبدیل می شود. همچنین تغییرات کم سرعت سرد شدن، تاثیر زیادی بر دماهای بحرانی فولاد ندارد ولی با افزایش بیشتر سرعت سرمایش، ساختار به صورت کاملا بینیتی درآمده و دماهای شروع و پایان تجزیه آستنیت به شدت کم می شود. نتایج دیلاتومتری و متالوگرافی نوری نیز هر دو بیانگر این است که جهت نمونه دیلاتومتری تاثیر بسیار کمی بر دماهای بحرانی دارد.

ناحیه جوش لوله فولادی API X70 به دلیل نواقص ذاتی، می تواند منطقه مستعد جهت شروع و رشد ترک و نهایتا آسیب سازه باشد. در تحقیق حاضر رفتار مکانیکی درز جوش مارپیچ لوله API X70 در سه ناحیه (فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و فلز جوش) با استفاده از نمونه های آزمون کشش تک محوری و خمش سه نقطه ای بررسی شد. برای تعیین خواص کششی فولاد سه نمونه تخت ماشین کاری شده از هر ناحیه استفاده شد. همچنین یک نمونه خمش سه نقطه ای با شیار اولیه در هر سه ناحیه آزمایش شد. با ترسیم نمودار نیرو-جابجایی مقادیر ویژه نیرو (تسلیم، حداکثر و شکست) و انرژی متناظر با این مقادیر (انرژی شروع و گسترش ترک) بررسی و نتایج به لحاظ ارتباط با ریز ساختار هر ناحیه تحلیل شد. همچنین بوسیله یک رابطه تحلیلی بر اساس میدان خطوط لغزش، تنش تسلیم ماده با استفاده از نمونه خمش سه نقطه ای برای هر سه ناحیه تعیین و با نتایج آزمون کشش تک محوری مقایسه شد. از آزمون کشش مقادیر میانگین تنش تسلیم برای سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و فلز جوش به ترتیب 560، 514 و 507 مگاپاسکال و از آزمون خمش سه نقطه ای به ترتیب 604، 582 و 575 مگاپاسکال بدست آمد.

در این پژوهش تاثیر اعمال لرزش الکترومغناطیس بر ریزساختار و مقاومت به ضربه فلز جوش فولاد API X70 بررسی گردید. جوشکاری با روش GTAW و با دو فلز پرکننده ER80S-G و ER309L و اعمال هم زمان لرزش الکترومغناطیس تحت ولتاژهای از 30-0 ولت انجام گردید. ریز ساختار فلزات پایه و جوش با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی SEM بررسی شد. چقرمگی فلزات جوش در دماهای محیط، ℃ 0 و ℃ 20-توسط آزمون ضربه چارپی تعیین گردید. بررسی های میکروسکوپی نشان داد با اعمال لرزش، ریز ساختار فلز جوش ER80S-G، ظریف تر و جزایر مارتنزیتی-آستنیتی (MA) ریزتر و از پراکندگی یکنواخت تری برخوردار گردیده اند. مشخص شد که در اثر اعمال لرزش ساختار فلز جوش ER309L ریزتر و متوسط اندازه دندریت ها در فلز جوش از mµ 19/18 به mµ 01/8 کاهش یافته و میزان فریت فلز جوش نیز حدود 13 درصد افزایش یافته است. نتایج آزمون ضربه نشان داد که افزایش لرزش اعمالی باعث بهبود مقاومت به ضربه هر دو فلز جوش گردیده است. بهترین نتایج پس از اعمال لرزش تحت ولتاژ 30 ولت بدست آمد به طوریکه مقاومت به ضربه فلز جوش ER80S-G در دماهای محیط، ℃ 0 و ℃ 20-به ترتیب به میزان 53، 29 و 36 درصد و برای فلز جوش ER309L در دماهای محیط و ℃ 20-به ترتیب به میزان 18 و 5 درصد افزایش یافت.

در مطالعه حاضر، ترکیبی از روش های آنالیز طیف سنجی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و میکروسکوپ نوری برای بررسی تغییرات ریزساختار و بافت کریستالی فولاد خط لوله API 5L X70 به دنبال یک فرآیند کار سرد شدید که منجر به کاهش ضخامت 80 درصدی در نمونه شد، استفاده شد. تمام بررسی ها بر روی دو مقطع مختلف نمونه شامل سطح و مقطع شیبدار °45 نسبت به سطح انجام شد. در واقع، این دو مقطع به گونه ای انتخاب شده اند که زاویه بین دو صفحه کریستالوگرافی مهم (100) و (110) را نشان دهند. تجزیه و تحلیل های FESEM و میکروسکوپ نوری نشان داد نمونه اولیه دارای ریزساختاری ریزدانه شامل فاز زمینه فریتی و فازهای ثانویه بینیت بالایی به همراه جزایر مارتنزیت/آستنیت باقیمانده با مورفولوژی نواری در بین آن بود. همچنین مورفولوژی ریزساختار اولیه شامل دانه های اکثرا هم محور بود که پس از اعمال کار سرد در اثر قرار گرفتن تحت فشار شدید به ریزساختاری با مورفولوژی دانه های کشیده شده در سطح نرمال و به خصوص در سطح با زاویه °45 تبدیل می شود. تجزیه و تحلیل تغییرات جهت گیری کریستالی توسط طیف سنجی پراش پرتو ایکس نشان داد چگالی صفحات کریستالوگرافی {100} در اثر کار سرد اعمالی در سطح کاهش یافته و به صورت هم زمان چگالی صفحات کریستالوگرافی {110} روی سطح افزایش می یابد. همچنین نتایج حاصل ثابت کرد صفحات کریستالوگرافی {100} بر روی نمونه از مقطع °45 جایگزین صفحات کریستالوگرافی {110} شدند.