双相显微组织超高强度管线钢的发展

为开发具有高可变形性的高强管线钢,日本JFE钢铁公司对此进行了大量的研究,而提高钢材可变形性的主要技术之一是双相显微组织结构控制。通过采用进行控制轧制和加速冷却的热机械控制工艺（TMCP）可获得具有铁素体一贝氏体显微组织的中厚板。低碳无硼钢在控制轧制后的冷却过程中可形成铁素体,而具有超高冷却速度的快速冷却可使钢的强度达到X120级。在快速冷却后采用在线热处理工艺还可提高基材的夏比冲击功。日本JFE公司通过控制双相显微组织已试生产了X120级高可变形性的管线钢。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

轧后冷却工艺对V-N-Cr微合金化Q550E高强钢组织性能的影响

对低碳V-N-Cr微合金化钢进行了控轧控冷实验,终冷后采用了随炉冷、保温毡缓冷、空冷3种冷却制度,并对3种不同冷却制度钢板进行了显微组织、综合力学性能和断口形貌的分析。研究表明,空冷钢板显微组织为细小多边形铁素体及针状铁素体复相组织,铁素体晶粒尺寸5～8μm,针状铁素体由交织的板条组成,宽度1～3μm。在随炉冷及保温毡缓冷时,由于冷却速率缓慢,多边形铁素体及针状铁素体发生了回火,并析出细小弥散的碳化物。3种冷却条件下,屈服强度均≥585 MPa,抗拉强度≥694 MPa,延伸率≥27%,而且1/2试样-60℃冲击功≥36 J,综合力学性能优于Q550F级国标要求。细晶强化、析出强化、组织强化为本钢种的主要强化方式,冲击断口均由韧窝组成,呈现韧性断裂模式,控轧控冷引起的晶粒细化及针状铁素体的形成有效阻碍解理裂纹的扩展,从而增强低温韧性。     

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。     

铬对抗大变形管线钢组织和性能的影响

研究了铬元素对X80抗大变形管线钢的微观结构和力学性能的影响。采用准静态拉伸试验,对其屈服强度、抗拉强度和伸长率进行测试;采用热膨胀法,在Gleeble-1500热模拟机上测定了两种试验钢的动态CCT曲线。结果表明:铬元素的添加降低了碳的活度,显著抑制了先共析铁素体的形成,提高了贝氏体转变温度,使钢的抗拉强度提高约40 MPa,屈服强度基本不变,但使伸长率由19%降低到15%,-20℃冲击功由92 J降低到52 J。     

经济型X80管线钢的研制开发

研究包括加热工艺、控轧制度和控冷工艺在内的经济型X80管线钢工艺技术。结果表明,通过控制加热温度不超过1180℃,奥氏体晶粒尺寸可控制在80μm以内。通过提高粗轧阶段最后1个道次的压下率,使其达到20%以上,可使钢板心部奥氏体晶粒得到充分细化;通过降低终冷温度和提高冷却速率等工艺参数,可得到细小的板条贝氏体和针状铁素体组织;采用JCOE工艺制管后,X80屈服强度提高,为降低产品生产成本提供了可能。目前,该公司已实现无钼经济型X80管线钢的稳定生产。     

初始组织对一种Nb-Mo微合金化中锰TRIP钢组织演变与力学性能的影响

研究了热轧后冷却方式和冷轧压下量对一种Nb-Mo微合金化中锰TRIP钢临界退火过程中组织演变与力学性能的综合影响规律.结果表明:当热轧后冷却方式由油淬变为炉冷时,在冷轧压下量一定的条件下,退火组织中长条状铁素体的体积分数增加,且长轴/短轴比增大,而等轴铁素体的晶粒尺寸变化不明显;对于热轧后油淬试样,当冷轧压下量由50%增至75%时,退火组织中长条状铁素体的体积分数减少,铁素体的平均晶粒尺寸由400~500 nm减至300~400 nm.综合分析,增加热轧后的冷却速率,可在较小的冷轧压下量条件下获得一种综合性能良好的超细晶中锰TRIP钢,其性能指标为:屈服强度为976 MPa,抗拉强度为1 165 MPa,延伸率可达34.1%,强塑积接近40 GP·%.     

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。     

微合金化热轧TRIP钢的工艺模拟

 借助MMS-300热模拟试验机研究了控轧温度区间、终冷温度、贝氏体区等温处理以及冷却路径对微合金化热轧TRIP钢组织演变规律的影响。结果表明,随着控轧温度区间“下调”,组织中的铁素体晶粒越来越细小,铁素体量逐渐增加,残余奥氏体量则先增加后减少。终冷温度升高时,组织中的残余奥氏体量也呈现出先增加后减少的变化趋势,而贝氏体温度范围等温时间的延长使残余奥氏体量增加。相对于“缓冷+快冷”,轧后采用“快冷+缓冷+超快冷”冷却路径更有助于铁素体晶粒的细化和奥氏体的残留。在“快冷+缓冷+超快冷”冷却路径下,当控轧温度区间为900~840℃,缓冷温度范围为710~680℃,贝氏体等温处理制度为450℃×5min时,组织中的残余奥氏体量达到最高值113%。     

控轧控冷工艺对低合金高强度钢Q550力学性能的影响

在工业试制条件下,通过控制终轧温度和轧后冷却速度,研究了控制轧制和控制冷却对低合金高强度钢Q550力学性能的影响。研究结果表明：控制终轧温度在780～850℃范围内可以明显改善Q550钢力学性能;采用轧后冷却的方法,可以显著细化Q550钢的铁素体晶粒,提高其强韧性能。     

控轧控冷工艺对X100管线钢组织和性能的影响

通过实验室φ350 mm 4辊轧机对V-Nb-Wi微合金化X100管线钢(%:0.057C、1.84Mn、0.25Mo)进行控轧控冷试验。结果表明,在1 100℃始轧,800～900℃终轧,100～400℃终冷温度下,X100钢的组织为针状铁素体+粒状贝氏体-下贝氏体。降低终轧温度可细化组织,提高钢的强度;降低终冷温度可提高钢的强度,但使钢的韧性降低。X100管线钢的最佳轧制工艺为终轧温度850℃,终冷温度200℃。