曹 波，楊文志，巨銀軍

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

隨著國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)對(duì)高強(qiáng)度、高韌性管線鋼的需求不斷增加，湘鋼X80 管線鋼是公司重要產(chǎn)品，其成分采用低碳微合金設(shè)計(jì)，其中軋制工藝是關(guān)鍵。因此，對(duì)X80 管線鋼進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)研究，為軋制實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料的化學(xué)成分

為了保證材料的強(qiáng)度、韌性和顯微組織要求，X80 管線鋼采用低碳成分、微合金Nb、V、Ti、Ni、Mo、Cu 復(fù)合設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)用X80 管線鋼化學(xué)成分如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)用X80 管線鋼化學(xué)成分 %

2 X80 管線鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向性的研究

鋼的奧氏體化溫度是控制軋制工藝的主要參數(shù)之一。板坯加熱過程中，如果程序控制不當(dāng)，會(huì)直接影響到鋼本身的性能，這也是研究中需要重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

將坯料制成規(guī)格為10 mm×10 mm×12 mm 的小試樣，在電阻式加熱爐中進(jìn)行奧氏體化處理。實(shí)驗(yàn)分三組進(jìn)行，奧氏體化溫度分別為1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃、1 200 ℃、1 250 ℃，保溫時(shí)間分別為20 min、40 min、60 min。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同的奧氏體化溫度及保溫時(shí)間下的奧氏體晶粒度結(jié)果如表2 所示。

表2 不同的奧氏體化溫度及保溫時(shí)間下的奧氏體晶粒度級(jí)別

2.2.2 晶粒度分析

為了統(tǒng)計(jì)奧氏體晶粒度大小，采用了直線截點(diǎn)法。為了獲得合理的平均值，任意選擇3～5 個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，所得不同加熱溫度及保溫時(shí)間下晶粒度變化曲線如圖1 及下頁圖2 所示。

圖1 不同保溫時(shí)間下加熱溫度-晶粒度大小曲線

圖2 不同溫度下保溫時(shí)間-晶粒度變化曲線

從圖1 可以看出，隨著加熱溫度的升高，實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度均明顯的變小，相比較不同的保溫時(shí)間（20 min、40 min、60 min），可以明顯看出在相同的加熱溫度時(shí)，保溫時(shí)間最長(zhǎng)的（60 min）實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度最小，而保溫時(shí)間最短的（20 min）的實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度最大，保溫時(shí)間居中的（40 min）的實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度介于兩者之間。

從圖2 可以看出，隨著保溫時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度均變小，比較不同的加熱溫度，其中加熱溫度為1 100 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼隨著保溫時(shí)間的增加，晶粒粗化的速度最為明顯，而加熱溫度為1 250 ℃時(shí)，隨著保溫時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)鋼的晶粒度變小的速度十分緩慢。

2.3 小結(jié)

1）在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)鋼的加熱溫度為950 ℃時(shí)，奧氏體晶粒相對(duì)細(xì)小均勻；隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒變大的趨勢(shì)也越明顯。

2）在加熱溫度相同的條件下，隨著試樣的保溫時(shí)間的增加，奧氏體晶粒尺寸會(huì)逐漸變大。

3）要想得到較為均勻的奧氏體晶粒，實(shí)驗(yàn)鋼的加熱溫度應(yīng)該為1 200 ℃左右，保溫時(shí)間在60 min時(shí)較為合理，加熱溫度偏低和保溫時(shí)間偏短都會(huì)造成奧氏體晶粒的尺寸不均勻，而加熱溫度過高和保溫時(shí)間過長(zhǎng)都可能造成奧氏體晶粒過分粗大。

3 X80 管線鋼再結(jié)晶規(guī)律研究

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

將實(shí)驗(yàn)分為7 組，加熱溫度均為1 200 ℃，變形溫度為850～1 150 ℃，變形量10%～70%，采用淬水冷卻。

3.2 變形工藝參數(shù)對(duì)奧氏體再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律

3.2.1 變形量

變形量對(duì)奧氏體再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的影響與變形溫度有很大關(guān)系，具體如圖3 所示。變形溫度較高（如＞1 050 ℃）時(shí)，變形量不需很大，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)就能達(dá)到很高的水平；變形溫度低時(shí)，變形量再大，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)也很小。

圖3 不同變形溫度下相對(duì)變形量對(duì)奧氏體再結(jié)晶數(shù)量的影響規(guī)律

3.2.2 變形溫度

變形溫度對(duì)奧氏體再結(jié)晶數(shù)量的影響規(guī)律如圖4 所示，奧氏體再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)隨著變形量的增大和變形溫度的升高而增加。

圖4 不同相對(duì)變形量下變形溫度與再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的關(guān)系

3.3 小結(jié)

1）實(shí)驗(yàn)過程中，在變形量和軋后保溫時(shí)間控制得當(dāng)?shù)那闆r下，奧氏體再結(jié)晶的數(shù)量會(huì)隨著溫度的升高而不斷變化，并且數(shù)量上升的趨勢(shì)與變形量本身的大小有著直接的關(guān)系。當(dāng)奧氏體變形量小的情況下，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高變動(dòng)不明顯；當(dāng)變形量較大的情況下，在一定溫度值的范圍內(nèi)，會(huì)隨著溫度的增加而增加，超過某值域以后，增加趨勢(shì)會(huì)逐步降低。

2）在軋制溫度和軋后保溫停留時(shí)間得到控制的情況下，奧氏體再結(jié)晶的百分?jǐn)?shù)增加趨勢(shì)與變形量有著直接的關(guān)系。

3）奧氏體受熱變形程度與變形量、溫度有著直接的關(guān)系。當(dāng)變形量不斷加大、變形溫度不斷提升的情況下，奧氏體的組織受熱情況均勻，在一定的溫度條件下，變形量與奧氏體結(jié)晶粒呈反比，即變形量增加，結(jié)晶顆粒變小。

4 X80 管線鋼相變規(guī)律的研究

研究變形奧氏體相變規(guī)律的基本方法是測(cè)定鋼的過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT 曲線）。軋制工藝參數(shù)如加熱溫度、變形溫度、變形量、冷卻速度等對(duì)奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度和微觀組織都有影響。由CCT曲線描述的相變規(guī)律是選用合適的控軋鋼種成分、衡量與之相配合的熱軋變形工藝是否恰當(dāng)?shù)囊罁?jù)。

4.1 X80 管線鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT 曲線

X80 管線鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT 曲線如圖5 所示。

圖5 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT 曲線

從圖5 中的CCT 曲線可以看出，在1～40℃/s 的冷卻范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)過熱變形和相變，存在奧氏體、塊狀鐵素體、針狀鐵素體、粒狀貝氏體和多相共存區(qū)域，鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變得到的最終組織是多相共存的，只不過在不同條件下，各相在組織中的比例有所不同，這是管線鋼軋制過程的基本特征。

相變溫度低、奧氏體區(qū)域大，對(duì)獲得細(xì)晶粒鐵素體較為有利。這是因?yàn)殍F在鐵素體區(qū)中的自擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體區(qū)中高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即在同一溫度下處于鐵素體狀態(tài)晶粒的長(zhǎng)大要容易得多；若在晶粒扁平化溫度和相變溫度之間保證有足夠的變形量，將使A/F 轉(zhuǎn)換比值提高。因此，變形后冷卻速度的合理控制是得到細(xì)小晶粒的常溫組織的關(guān)鍵所在。

4.2 小結(jié)

1）由熱模擬實(shí)驗(yàn)可知，隨著冷卻速率的提高，管線鋼的晶粒組織逐漸細(xì)化，組織構(gòu)成也發(fā)生變化，由1 ℃/s 時(shí)的塊狀鐵素體組織，逐漸變?yōu)?0 ℃/s 時(shí)的針狀鐵素體、塊狀鐵素體和粒狀貝氏體組織，且針狀鐵素體組織比例逐漸提高。

2）對(duì)于X80 針狀鐵素體管線鋼來說，精確控制組織構(gòu)成非常重要，工藝參數(shù)的制定應(yīng)該以提高針狀鐵素體比例和細(xì)化晶粒為目標(biāo)，冷卻速率應(yīng)該大于15 ℃/s。

5 結(jié)論

1）X80 管線鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向性的研究為加熱工藝的選擇提供了理論依據(jù)。

2）X80 管線鋼再結(jié)晶規(guī)律研究為軋制溫度和壓下制度的選擇提供了理論依據(jù)。

3）X80 管線鋼相變規(guī)律的研究為ACC 加速冷卻工藝的選擇和軋后顯微組織的確定提供了理論依據(jù)。