姜育男

【摘 要】借助Gleeble-2000熱模擬試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試不同應(yīng)變條件下X70管線鋼的CCT曲線，結(jié)果表明，隨著應(yīng)變的增加，鐵素體區(qū)域擴(kuò)大，貝氏體臨界轉(zhuǎn)變冷卻速率增加，即增加應(yīng)變有利于獲得鐵素體，但是對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變不利。依據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的X70管線鋼工藝進(jìn)行調(diào)整，改變精軋應(yīng)變，其他工藝保持不變。對(duì)不同精軋應(yīng)變工藝的試驗(yàn)鋼取樣分析發(fā)現(xiàn)，精軋應(yīng)變?cè)黾?，?duì)提高X70管線鋼的抗拉強(qiáng)度有利，但對(duì)韌性具有不利影響。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，精軋應(yīng)變?cè)黾?，?dǎo)致X70管線鋼有效晶粒尺寸減小，對(duì)提高管線鋼抗拉強(qiáng)度有利。但因應(yīng)變?cè)黾咏M織中鐵素體比例增加，具有良好韌性特征的貝氏體含量降低，因此，最終導(dǎo)致管線鋼韌性反而下降。為了獲得理想性能，管線鋼生產(chǎn)過(guò)程中精軋應(yīng)變的控制需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

【關(guān)鍵詞】管線鋼 組織 沖擊韌性

1 引言

管線鋼是最典型的微合金鋼，成分設(shè)計(jì)過(guò)程中需條件Si、Cr、Mn、Ni等合金元素。此外，還需要添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素。軋制過(guò)程需要采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)相結(jié)合（TMCP）的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。大部分學(xué)者對(duì)于微合金作用以及高溫軋制以及Tnr溫度研究較多，對(duì)于精軋應(yīng)變的研究相對(duì)較少[1-4]。但生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，精軋應(yīng)變對(duì)管線鋼組織和性能影響也比較大，本研究對(duì)X70管線鋼精軋應(yīng)變對(duì)性能的影響進(jìn)行分析。

2 試樣制備與實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)所選用試驗(yàn)鋼為現(xiàn)場(chǎng)冶煉生產(chǎn)的X70管線鋼，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉后，通過(guò)連鑄生產(chǎn)獲得鑄坯。再經(jīng)過(guò)二次加熱采用熱連軋機(jī)組進(jìn)行生產(chǎn)，化學(xué)成分如表1所示。

試驗(yàn)鋼取自熱連軋后鋼板，加工成樣品后，采用Gleeble-2000熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單向壓縮連續(xù)冷卻實(shí)驗(yàn)，將試樣加熱到1200℃，均熱保溫3min，以20℃/s的冷卻速率冷至900℃后，進(jìn)行變形20%和不變形2種工藝處理，然后再以0.5～15℃/s不同冷卻速率冷卻到200℃，測(cè)定膨脹曲線，結(jié)合金相分析匯總CCT曲線如圖1所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，具體工藝如圖2所示。熱連軋后取樣分別依據(jù)國(guó)標(biāo)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，其中強(qiáng)度為室溫測(cè)試結(jié)果，韌性為-30℃測(cè)試結(jié)果，結(jié)果如表2所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 熱模擬結(jié)果分析

不同應(yīng)變條件下，X70管線鋼的CCT曲線如圖1所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相變前應(yīng)變?cè)黾樱欣阼F素體轉(zhuǎn)變，與沒(méi)有應(yīng)變條件相比，采用0.2應(yīng)變的X70管線鋼組織中，鐵素體相變區(qū)域明顯增加，貝氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速3℃/s增加至5℃/s。分析認(rèn)為，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變，增加的應(yīng)變累計(jì)為相變提供了驅(qū)動(dòng)力，因此，更有利于形成鐵素體。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，具體工藝如圖2所示。精軋累積應(yīng)變分別為0.70和0.75，其他工藝保持同一水平。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，增加精軋累積應(yīng)變后，管線鋼抗拉強(qiáng)度明顯增加，韌性和塑性指標(biāo)卻呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。組織分析表明，精軋應(yīng)變減少后組織中貝氏體含量增加，晶粒尺寸略有增加，但組織混亂程度增加，對(duì)裂紋擴(kuò)展阻礙作用增強(qiáng)，這是提高其韌性和塑性的主要因素。

精軋應(yīng)變?cè)黾荧@得了更加細(xì)小的組織，因此，對(duì)提高X70管線鋼強(qiáng)度有利，但卻因鐵素體含量增加，裂紋在單一組織中擴(kuò)展更容易，反而導(dǎo)致塑性和韌性的降低。

管線鋼需要綜合考慮強(qiáng)度和韌性。其中韌性是管線鋼最重要的力學(xué)指標(biāo)，因此，實(shí)際生產(chǎn)X70管線鋼針對(duì)不同規(guī)格、不同要求，應(yīng)該對(duì)精軋應(yīng)變進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以獲得最佳性能。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）相變前累積應(yīng)變對(duì)X70管線鋼相變和組織有明顯影響。隨著應(yīng)變的增加，鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)域擴(kuò)張，貝氏體臨界轉(zhuǎn)變冷速增加；（2）精軋應(yīng)變對(duì)管線鋼力學(xué)性能影響明顯，累積應(yīng)變?cè)黾樱欣谔岣吖芫€鋼強(qiáng)度，但對(duì)管線鋼韌性和塑性不利；（3）精軋應(yīng)變?cè)黾佑欣讷@得細(xì)小的鐵素體為主的組織。適當(dāng)降低精軋應(yīng)變，可以獲得更加復(fù)雜的鐵素體+貝氏體混合組織，這種組織具有較強(qiáng)的抑制裂紋擴(kuò)展能力，有利于改善管線鋼的韌性；（4）針對(duì)不同規(guī)格的管線鋼生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)軋制工藝應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以發(fā)揮組織控制的最有效有途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉宏亮，劉承軍，王云盛，等.稀土管線鋼軋制工藝的模型研究[J].稀土，2011，32（3）：1-7.

[2]劉宏亮，劉承軍，王云盛，等.稀土對(duì)X80管線鋼中鈮元素賦存狀態(tài)的影響[J].稀土，2011，32（5）：6-11.

[3]馮耀榮，柴惠芬，郭生武，等.低碳超低碳微合金化管線鋼顯微組織的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2002，16（6）：9-12.

[4]文建華，劉清友，孫新軍，等.冷卻速率對(duì)高鈮微合金鋼組織的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2007，19（12）：35-39.