热连轧生产厚规格X80管线钢的静态再结晶行为及工艺优化

通过双道次压缩实验对首钢迁安公司2160热连轧生产的厚规格X80管线钢形变奥氏体静态再结晶行为进行了研究,依据实验规律对生产工艺进行了改进与优化.通过力学拉伸、冲击及落锤实验,对改进工艺后生产的X80钢的综合性能进行了检测,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对X80钢卷显微组织进行了观察分析.结果表明:变形温度是影响奥氏体静态再结晶行为的主要因素;微合金碳氮化物的析出抑制了再结晶的进行,使软化率曲线出现了平台;利用实验结果回归计算出了X80管线钢的静态再结晶激活能为380kJ·mol^-1,并根据文献研究讨论了结果的合理性.通过工艺改进与优化,所生产X80钢卷的显微组织细小均匀,呈现典型的针状铁素体特征;析出相中主要包含复合的(Ti,Nb)(C,N)以及单个的NbC;X80钢卷棒状试样的拉伸性能较相关标准均有较大富余量,尤其在冲击、落锤性能方面表现出了良好的低温韧性.     

X120管线钢的试制及其相变规律

在实验室试制了X120管线钢,并绘制了X120管线钢的连续冷却转变曲线。结果表明:热轧态时试验钢的屈服强度平均值为905 MPa,抗拉强度平均值为980 MPa,伸长率平均值为17%,屈强比为0.92,-20℃的冲击功平均值为90J。经600℃回火2h后,试验钢的屈服强度平均值达到了950 MPa,抗拉强度平均值达到了1 000 MPa,伸长率平均值为18%,屈强比为0.95,-20℃的冲击功平均值为95J。经过压缩后,冷却速度为5℃/s时试验钢的组织即全部为板条贝氏体组织,而该组织为X120级管线钢中的理想组织。     

X80级管线钢的组织和力学性能

对成分(%)为:0.04C,1.87Mn,0.27Mo,0.06Nb,0.006V,0.017Ti的X80级管线钢进行了组织和冲击韧性、强度试验,并与X70级管线钢进行对比。试验结果表明,当X80钢的组织为针状铁素体和细小弥散的贝氏体时,该钢有较好的强韧性,抗拉强度达750 MPa,屈强比接近0.85,高于X70级管线钢。     

X80管线钢热变形过程再结晶规律研究

利用Gleeble2000热模拟试验机,研究X80管线钢单道次变形变形量对奥氏体再结晶及晶粒长大的影响。绘制了试验条件下X80管线钢变形量与奥氏体晶粒尺寸的关系曲线。结果表明:X80管线钢奥氏体晶粒尺寸随着道次变形量的提高,奥氏体晶粒平均晶粒尺寸逐渐减小,晶粒越来越细小均匀。结合设备及工艺条件,确定粗轧末道次压下率为25%。     

X120管线钢形变奥氏体的静态再结晶行为

通过在Gleeble-3500热模拟试验机上进行的两道次热压缩变形试验,对含铌微合金管线钢的静态软化行为进行了研究。采用应力补偿法计算了不同变形温度下的静态再结晶百分数。变形温度和弛豫时间对X120钢的静态再结晶影响很大。根据试验数据和静态再结晶动力学方程,计算出X120管线钢静态再结晶激活能为401.56kJ.mol-1。绘制了试验钢的析出动力学(PTT)曲线。     

X80管线钢热轧过程再结晶规律研究

采用阶梯试样轧制,通过金相观察的方法,研究了热轧过程中变形量和变形温度对X80管线钢再结晶规律及混晶的影响,绘制了再结晶区域图及混晶区域图。结果表明,随着变形温度的提高,奥氏体再结晶的临界变形量降低。变形温度在1150℃,变形量达到40％时,再结晶已达到90％以上。为避免混晶的产生,轧制过程尽量避开部分再结晶区。     

X70管线钢热变形奥氏体的静态再结晶行为

通过双道次压缩实验,在Gleeble1500热模拟试验机上研究了X70管线钢在不同变形工艺下奥氏体的软化行为,分析了不同变形温度、间隔时间、应变速率、变形量及初始奥氏体晶粒尺寸等参数对静态再结晶行为的影响规律,采用应力补偿法计算了不同变形条件下的静态再结晶百分率.根据实验数据,计算出X70管线钢静态再结晶激活能为435.3kJ·mol^-1,建立了其静态再结晶动力学模型.     

热输入对X100管线钢焊接热影响区组织和性能的影响

采用焊接热模拟技术、显微金相组织分析技术和冲击试验,研究了不同焊接热输入下X100管线钢热影响区组织和力学性能的变化规律。研究结果表明:当热输入E45 k J/cm时,组织以粒状贝氏体为主,M-A组元为不规则大块状且带有尖角,降低了材料的韧性;当热输入E=15~35 k J/cm时,组织主要为板条贝氏体和少量针状铁素体,M-A组元呈细小颗粒分布在铁素体基体上,尺寸较小,表现出对韧性有利的一面,冲击吸收功最高;当热输入E15 k J/cm,组织中出现马氏体,导致材料的韧性下降,硬度最大。     

稀土Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响

以X100管线钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉熔炼不同稀土Ce含量的试验钢,通过扫描电子显微镜、蔡司金相显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪研究了Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce的加入使X100钢中MnS、Mn-Si-Al-O夹杂变性成Ce_xO_y、Mn-Si-Al-O-Ce夹杂,尺寸由4μm左右增大到10μm左右。Ce对X100试验钢显微组织具有明显的细化作用,在0～0.004 9%范围内,试验钢组织随着Ce含量的提高逐渐细化。Ce的加入能够提高试验钢的腐蚀电位,降低其腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液浸泡28 d条件下,试验钢腐蚀电流密度由未添加Ce时的4.634 7 mA/cm²降低至Ce含量为0.004 9%时的3.778 4 mA/cm²,Ce含量为0.004 9%时的试验钢表现出较好的耐腐蚀性能。另外,Ce的加入能够有效提高腐蚀产物中α-FeOOH和Fe₃O₄的含量,增强对钢基体的保护作用,有利于提高试验钢的...     

热轧条件下Nb-Mo及Nb微合金化X100管线钢的组织特征及力学行为

采用实验室热轧、显微分析及力学性能检测手段,对Nb-Mo及Nb微合金化X100管线钢在不同工艺条件下的组织特征及力学行为的变化规律进行了研究.分析结果表明:工艺参数对Nb-Mo复合成分试验钢影响较大,控轧控冷工艺条件下Nb-Mo及Nb微合金化X100管线钢力学性能均能达到API 5L中X100管线钢要求,但Nb-Mo复合成分力学性能富余量较大,性能较优.随冷却速度的增加及终冷温度的降低,试验钢强度增加,韧性及塑性恶化.板条马氏体与贝氏体复相组织较板条马氏体可大大提高试验钢的塑性及低温冲击韧性.     

X70级抗大变形管线钢的组织与性能

通过成分设计、相变规律研究、工业规模试制,分别获得了(PF+B)双相组织及AF组织的管线钢钢板。二者的试验研究结果表明,当弛豫终止温度低于相变开始温度后,组织中将出现多边形铁素体(PF)。弛豫终止后以20℃/s左右的冷速加速冷却时,未转变的奥氏体转变为由粒状铁素体(GF)及贝氏体铁素体(BF)组成的贝氏体B组织。相比于AF组织管线钢,(PF+B)组织管线钢具有较低的屈强比及较高的伸长率。试验获得的(PF+B)组织管线钢的轧板厚度达30.8mm,强度级别达到X70级,拥有较低的屈强比和较高的伸长率,满足海底管线对抗变形性能的要求。     

组织状态对X120管线钢力学性能的影响

在实验室条件下对热轧X120管线钢进行两种不同工艺淬火,研究了回火温度对不同淬火态试验钢组织力学性能的影响。试验结果表明:直接快冷工艺下,显微组织以板条铁素体+马氏体为主;缓冷+直接快冷工艺下以粒状贝氏体+板条铁素体+马氏体为主。随回火温度升高,两种试验钢强度均出现起伏,在400~500℃范围内回火后,冲击功和伸长率均得到改善;采用直接快冷工艺在350℃和600℃回火后出现断口分离现象,从而导致力学性能波动,而缓冷+快冷工艺在回火过程中力学性能稳定性较好。因此,采用缓冷+快冷工艺+(450~500℃)回火,其力学性能达到X120级管线钢性能要求。     

X100管线钢的热轧显微组织分析

通过热轧试验,利用扫描电镜,TEM观察和EBSD技术等分析显微组织与力学性能之间的关系。研究结果表明:显微组织以GB+AF组织为主,AF组织呈典型的长条针状;以块状形式转变的准多边形铁素体为主,内部含有大量位错,高位错密度形成位错胞,位错线上分布着细小的析出相,具有高强度和良好冲击韧性;大角度晶界占整个分析区域内晶界的88%,大角度晶界主要分布在30°~60°,对冲击韧性非常有利。     

Precipitation Behavior and Its Strengthening Effect of X100 Pipeline Steel

 Using TEM, electron diffraction, EDX analysis and physicochemical phase analysis, the morphology, crystal structure, size distribution and chemical composition of precipitates in the microstructure of high strength Nb-microalloyed X100 pipeline steel were investigated, and the strengthening effect of precipitation was quantitatively calculated with Ashby-Orowan correction model. The precipitates obtained in X100 pipeline steel can be divided into two kinds: “complex” and “single” particles by morphology. The EDX analysis of single precipitates reveals that the chemical composition matches well with particle dimensions, especially the Nb/Ti ratio regularly reduces with the increase of particle size. The yield strength increments in the way of precipitation strengthening of X100 pipeline steel reached about 52MPa, which suggests that the precipitation strengthening is not the dominative strengthening mechanism for X100 pipeline steel.     

轧后冷却制度对X100管线钢组织与性能的影响

 采用热模拟试验机研究了X100管线钢的连续冷却相变规律和控轧控冷工艺中不同冷却制度下微观组织特征及显微硬度的变化规律。结果表明,随着冷却速度的升高和终冷温度的降低,试验钢微观组织逐渐细化,其中粒状贝氏体含量不断减少而板条贝氏体含量逐渐增加,显微硬度也随之增加;M/A岛含量随着冷却速度的增加而减小,随着终冷温度的降低呈现先降低后增加的“V”型趋势,且在340℃获得最低值。     

X70管线钢微观组织分析

X70管线钢的微观组织表现为多种类型混合组织,主要有多边形铁素体、块状铁素体(准多边形铁素体)、针状铁素体、粒状贝氏体、珠光体和M/A岛等.各类组织的比例随加工工艺不同变化较大.提高冷却速度和降低终冷温度可以增加针状铁素体的比例.冷却速度较低(2℃/s)时,组织中出现明显的珠光体.     

Relationship Among Microstructure and Properties and Heat Treatment Process of Ultra-High Strength X120 Pipeline Steel

 The variation of heat treatments including directed quenching and tempering off-line after controlled rolling (DQT) and quenching off-line and tempering off-line after controlled rolling (RQT) with microstructure and mechanical properties of a low-carbon microalloyed steel was compared and analyzed. For DQT, the quenched steel was obviously banded microstructure, with increasing tempering temperature, lath martensite coarsened, the cusp carbide precipitated at grain boundaries, the yield strength fluctuated slightly, and the fracture-separation was obvious. The impact toughness was better in the steel tempered at 500 ℃ for 1 h. In RQT, with increasing tempering temperature, lath martensite degenerated, intragranular and intergranular finer precipitations with smaller than 30 nm precipitated and grew up and were distributed dispersedly, the stripe-like carbides were distributed at grain boundaries, and the yield strength and tensile strengthen decreased obviously. The impact toughness of RQT process was much better than that of DQT process, and the comprehensive mechanical properties were better for the steel tempered at 500 ℃ for 1 h of RQT process.