高应变用途双相显微组织超高强度管线钢的开发

为开发具有更高变形性能的高强度管线钢开展了广泛的研究,提高变形性能的关键技术之一是双相显微组织的控制。通过应用热机械控制轧制工艺(TMCP),即控制轧制加快速冷却的工艺,可以得到具有铁素体-贝氏体显微组织的钢板。采用了低碳无硼钢,以便能够控制轧制后的冷却和以最大冷却速率的快速冷却过程中形成铁素体,提高强度到X120级别。在快速冷却后还采用了在线热处理工艺,以提高基体材料的夏比冲击功。通过双相显微组织控制进行了X120高变形性能管线钢的试生产。本文介绍了X120管线钢的显微组织和力学性能。     

高钢级管线钢显微组织的演变

随着管线钢强韧性的提高,其对应组织的演变为铁素体-珠光体型(X65级)、针状铁素体型(X80级)、粒状贝氏体-铁素体型(X100级)和下贝氏体型(X120级)组织.晶粒细化和弥散的第2相亦是提高管线钢强韧性的重要手段,通常通过钢的成分优化和提高控制轧制工艺的冷却速度改善管线钢的组织.     

超高强度高变形管线用X120级钢管的开发

利用显微组织的双相组织化技术进行了具有高变形能的高强度（油气）管线用钢管的开发。由于采用了不含B（硼）的成分、且在轧制中高精度控制轧制——加速冷却条件,故可获得F-B（即铁素体-贝氏体）双相组织,从而使API（美国石油协会）X120级管线（用）钢管兼具高强度和高变形能。另外,由于快冷后进行了在线热处理（heat treatment on—line process、下简称HOP）,还可在F-B双相钢上获得高夏比冲击吸收能。并且,使用UOE工艺实机生产的X120级钢管已被确认具有高强度和高变形能。     

控轧控冷对X60级管线钢显微组织及低温冲击韧性的影响

通过扫描电子显微镜、光学显微镜等对X60级管线钢显微组织与冲击试样断口形貌进行观察分析，研究了控轧控冷工艺对试验钢的热轧显微组织及低温冲击韧性的影响。结果表明：试验钢控轧控冷条件下冲击断口无明显裂纹源，基本呈现等轴韧窝形貌特征；其获得的针状铁素体组织较常规轧制下多边形铁素体组织更加细化、均匀，晶粒尺寸均值由20μm下降至8μm左右，其尺寸小于2μm的占比达75%以上；控轧控冷工艺较常规轧制试验钢具有更好的强度及塑韧性，尤其-10℃冲击功达到180 J以上。在生产过程中通过合理设定机架间冷却水强降温工艺与轧后层流冷却速率及卷取温度控制，实现精轧控制轧制与层流控制冷却相结合的控制工艺，可极大地改善超厚规格X60管线钢低温冲击性能。     

两阶段冷却工艺对基于应变设计X70管线钢组织的影响

 铁素体-贝氏体双相组织钢能够通过软硬相协调屈服抵抗大变形,这是基于应变设计管线钢的研究热点。为探究生产工艺对双相组织形态的影响规律,利用Gleeble-3800热模拟试验机,通过压缩试验模拟轧制和冷却,研究了两阶段冷却工艺对基于应变设计X70管线钢形变奥氏体组织转变的影响。结果表明：一阶段缓冷后的待温处理使铁素体形核温度降低,有效提高了铁素体形核率,起到细化晶粒作用;降低二阶段快冷开冷温度可以增加铁素体析出时间,从而增加铁素体的含量;二阶段快冷中,提高冷却速率和降低终冷温度均可细化贝氏体组织的板条间距以及板条间的碳化物,提高了贝氏体显微维氏硬度。     

武钢薄板坯连铸连轧X70管线钢的工业试制

主要介绍在武钢CSP线上试制X70管线钢的化学成分设计和轧制工艺控制,并对试验钢的力学性能、金相组织及析出物等进行详细分析.试验结果表明,采用合适的控轧控冷工艺,可保证其力学性能达到设计要求.试验钢的显微组织为先共析铁素体+针状铁素体,平均晶粒尺寸细小,是X70管线钢的理想金相组织.     

工艺参数对X80管线钢组织和硬度的影响研究

利用MMS-300热模拟试验机模拟研究了管线钢两阶段轧制的控轧控冷工艺。通过控制不同的终轧温度和终冷温度,并在17℃／s冷却速度下控制冷却,研究其对管线钢显微组织和显微硬度的影响。研究结果表明,在终轧温度810℃、终冷温度540℃时可获得以针状铁素体、多边形铁素体以及M／A岛为主的混合组织。     

B对X100/X120高强度管线钢连续冷却相变组织的影响

 利用热模拟技术（DIL805A热膨胀仪）和显微分析方法,对不同成分体系X100/X120高强度管线钢在连续冷却转变下的显微组织的变化规律进行了研究。研究结果表明,对于无B钢,随冷速增加,组织中依次出现多边形铁素体(PF)、粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马氏体(M)。B元素的添加使得管线钢相变开始温度降低到500℃左右,抑制了多边形铁素体的形成,促进了贝氏体的形成。为了获得高级别管线钢X100的复相组织,无B钢的冷却速度应控制在20~30℃/s,而含B钢的冷速只需控制在5~15℃/s,简化了冷却工艺。     

X80抗大变形管线钢的生产工艺与组织性能研究

设计了X80级抗大变形管线钢的合金成分,采用TMCP热轧及轧后两阶段控制冷却技术,完成了试验室制备并实现了工业试制。利用SEM、TEM和拉伸、冲击实验等分析方法研究了不同冷却条件对组织与性能的影响。研究结果表明,采用空冷+水冷两阶段冷却工艺后可得到铁素体+贝氏体双相组织的X80抗大变形管线钢,当加速冷却中终冷温度为450℃、冷却速度为20℃/s时,组织中铁素体与贝氏体相得到最佳配比,M/A相尺寸约为1μm,组织均匀性良好,试样得到最优的强度塑性匹配。     

贝氏体形态对细晶铁素体/贝氏体双相钢室温力学性能的影响

基于过冷奥氏体动态相变的思想,通过两道次压缩变形结合控制冷却的热模拟轧制工艺,获得不同贝氏体含量及形态的细晶铁素体贝氏体双相钢。通过显微组织观察及力学性能测试,考察了第二相贝氏体特征对双相钢室温拉伸变形行为的影响。研究结果表明,形变后快速冷却可获得无碳板条状贝氏体,较慢的冷速或在贝氏体转变区保温处理可获得粒状贝氏体。贝氏体体积分数大于20%左右的细晶铁素体/贝氏体双相钢具有低的屈服强度,高的抗拉强度,高的伸长率,低屈强比以及连续屈服特性。屈服强度既与铁素体晶粒尺寸相关,也与贝氏体形态和数量相关。板条贝氏体引起的屈服强度提高大于粒状贝氏体,粒状贝氏体具有比板条贝氏体更好的塑性。     

贝氏体形态对细晶铁素体/贝氏体双相钢室温力学性能的影响

基于过冷奥氏体动态相变的思想,通过两道次压缩变形结合控制冷却的热模拟轧制工艺,获得不同贝氏体含量及形态的细晶铁素体贝氏体双相钢。通过显微组织观察及力学性能测试,考察了第二相贝氏体特征对双相钢室温拉伸变形行为的影响。研究结果表明,形变后快速冷却可获得无碳板条状贝氏体,较慢的冷速或在贝氏体转变区保温处理可获得粒状贝氏体。贝氏体体积分数大于20%左右的细晶铁素体/贝氏体双相钢具有低的屈服强度,高的抗拉强度,高的伸长率,低屈强比以及连续屈服特性。屈服强度既与铁素体晶粒尺寸相关,也与贝氏体形态和数量相关。板条贝氏体引起的屈服强度提高大于粒状贝氏体,粒状贝氏体具有比板条贝氏体更好的塑性。     

安钢低成本薄规格X70级管线钢的生产实践

通过不含Mo的化学成分设计和三种工艺试验,确定了最佳的X70级管线钢轧制工艺。采取降低加热温度以及控轧控冷工艺措施,细化了原始奥氏体晶粒,提高了钢的冷却速率并降低了相变温度,既抑制了先共析铁素体的转变,也促进了针状铁素体的形成,使钢的强度得到提高,-20℃冲击功得以改善,生产的X70级管线钢能够满足技术条件要求,可实现低成本管线钢的生产。     

X70管线钢控轧控冷工艺研究

利用热模拟机研究了X70管线钢的CCT曲线,进行了X70管线钢的热轧实验,得到管线钢的最佳控轧控冷工艺。结果表明：在两阶段轧制和加速冷却条件下生产的X70管线钢得到针状铁素体为主的均匀细化的理想组织,并具有优良的综合性能。     

MULPIC冷却装置在品种钢研发中的生产实践

 舞钢新宽厚板生产线MULIPIC在线快冷装备具有高冷却速度等技术特点,结合控制轧制和在线快冷装备对船板、管线钢进行了开发研究,采用直接淬火工艺研究开发了高强工程机械用钢。结果表明： 60 mm厚度E36级TMCP船板钢,组织全部为铁素体＋珠光体,晶粒度10级以上,－40 ℃夏比横向冲击功在183 J以上;X70管线钢的组织为针状铁素体,力学性能合格率达98％;利用直接淬火（DQ）和离线回火工艺,生产出30 mm厚的WQ960D调质钢,屈服强度达到960 MPa,抗拉强度1030 MPa,－20 ℃纵向冲击功在43 J以上。     

钛微合金化X70管线钢动态CCT曲线研究

结合CSP短流程Ti微合金化X70管线钢的开发,用Gleeble-1500热模拟实验机测定了钛微合金化X70管线钢在不同冷却速度下的动态CCT曲线,分析和观察了对应的相变和组织.实验结果表明,钛微合金化X70管线钢控冷工艺对其组织有较大影响.钛微合金化X70管线钢中针状铁素体的比例随热变形后冷却速度的提高而增加,但冷却速度达到10℃/s以后,该比例变化不大.为了得到具有优良综合性能的X70管线钢,即得到以细小均匀的针状铁素体为主的理想组织,应将冷却速度控制在10℃/s左右.     

不同冷却制度下X100管线钢组织特征及力学性能

采用热模拟试验机和试验轧机研究了X100管线钢连续冷却相变规律及不同冷却制度下显微组织特征及力学性能变化规律.研究结果表明:随冷却速度升高及终冷温度降低,试验钢显微组织由针状铁素体过渡至板条贝氏体及马氏体,非淬火条件试验钢中马氏体岛或M-A岛为微孪晶马氏体;轧制后直接以30℃/s冷却至450℃左右时,试验钢具有良好强韧...     

特宽幅X70M管线钢工业开发

南钢根据沙特阿美技术规范要求及宽厚板5 m轧机装备特点,合理设计了冶炼成分及工艺流程,得到了成分均匀、组织优异的260 mm×2 570 mm断面坯料。采用TMCP轧制工艺,超快冷冷却技术,获得细小均匀的以针状铁素体为主的细晶组织,开发的产品具有良好的力学性能及优异的低温冲击韧性。通过小批量轧制技术,确定了工业生产工艺,产品性能合格率高。南钢成为批量供应特宽幅X70M级管线钢板的工业产品基地。     

X65管线钢的模拟炉卷轧制工艺研究与组织性能

对X65管线钢的炉卷轧制工艺进行了实验室模拟研究,并采用光学、电子显微技术和力学分析等方法研究了X65管线钢的微观组织与性能.研究结果表明,通过实验室模拟炉卷轧机的控轧控冷工艺,获到了组织性能优异的X65针状铁素体管线钢.利用相变强化和控轧控冷形成有利的针状铁素体组织,合理控制夹杂物和碳氮析出物的大小、形态和分布是管线钢组织性能控制的关键所在.     

高钢级管线钢X100的研究

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了两种成分的X100管线钢的力学性能、显微组织、晶粒取向及析出物。实验结果表明,采用高铌+钼组合不含硼的X100管线钢更易在高强度和良好低温韧性之间获得平衡,通过控轧控冷工艺研发出的X100管线钢具有粒状贝氏体、针状铁素体和少量下贝氏体的最优化组织,铁素体晶粒尺寸约3μm,钢中大量弥散的纳米级析出物和高密度位错也起到了良好的强化作用。     

NM400贝氏体/马氏体双相耐磨钢动态CCT曲线

以NM400级别贝氏体/马氏体双相耐磨钢为研究对象,利用热模拟实验、金相组织及硬度检测等方法,研究了实验钢种在变形后不同冷却速度下显微组织及硬度的演变规律,并绘制了动态连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明,设计的贝氏体/马氏体双相耐磨钢具有良好的淬透性。连续冷却过程中,冷却速度介于0. 1～1℃/s时,显微组织中出现了先共析铁素体相;随着冷却速度的增加,先共析铁素体逐渐减少;当冷却速度为1～10℃/s时,显微组织以贝氏体为主;冷却速度 20℃/s后,显微组织基本为马氏体。随着冷却速度的增加,试样硬度值呈升高趋势,但后期硬度值变化不大。综合考虑,生产中为了得到以贝氏体组织为主的双相耐磨钢,轧制后冷却速度应控制在2～10℃/s。本研究结果可以为贝氏体/马氏体双相耐磨钢轧后冷却工艺的制定提供参考。