高温轧制工艺（HTP）在高强度油气输送管线钢生产中的应用

近10年来油气输送管线的高运行压力，使得市场对具有良好低温韧性的X70、X80高强度管线钢的需求越来越大。当今要求在系列温度范围具有良好韧性的API X70管线项目的含金设计方法通常有两种：一种是获得铁素体／珠光体金相组织的低碳加锰低舍金高强度钢化学成分设计；一种是获得铁素体／针状铁素体金相组织的低碳加锰加钼的低合金高强度钢化学成分设计。当今要求在系列温度范围具有较高韧性的API X80管线项目的合金设计方法通常是低碳加锰加钼以获得传统的铁素体／针状铁素体组织。这种合金设计方法是生产高强度高韧性油气输送管线钢的通用方法，这在很多文献中也有过描述。近来，一种采用有利于形成铁素体／针状铁素体组织的低碳加锰加高铌的合金设计方法已经成功应用于一条API X80管线项目。该成分设计之所以独特在于它采用合金设计的轧制温度比传统的低碳加锰加钼的合金设计的轧制温度高，同时又能满足API X70或X80管线项目对钢管强度和韧性的要求。此外，不加钼就能获得理想的金相组织、强度和韧性，这对保证钢管母材、热影响区和焊缝的硬度低于260 Hv10也是很有利的。该合金设计能在较高温度轧制对提高产量和减小生产中轧机的制约（轧机栽荷问题，板形问题等）有利，这是需要在较低温度轧制的传统的低碳加锰加钼的合金设计方法所不能比的。该论文阐述了世界上第一条采用低碳加锰只加铌的合金设计和高温轧制工艺（HTP）的API X80输气管线的开发和生产情况。     

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.     

HTP工艺试制高铌X80管线钢的组织性能研究

对南钢试制的低碳、高铌、不添加钼成分的高温轧制(HTP)的X80管线钢钢板的性能进行了分析,针对其显微组织特点进行了详细的观察和研究,并对DWTT断口形貌、夹杂物以及第二相粒子的成分、尺寸及分布进行了分析,证实了采用HTP工艺技术生产的管线钢板完全能够达到X80的现行技术标准要求。     

HTP X80管线钢的晶粒细化与组织控制

 通过热模拟实验研究了HTP X80管线钢的晶粒细化与组织控制的工艺要点,确定了奥氏体再结晶温度区和非再结晶温度区,揭示了高Nb含量的HTP钢在连续冷却过程中的相变特点。所得到的技术要点对细化奥氏体晶粒,避免混晶的出现,以及通过控制冷却得到理想的相变产物具有指导性。     

X80管线钢的炉卷轧机控制轧制与组织性能

对炉卷轧机生产X80管线钢的控制轧制技术以及X80钢板/卷的显微组织、析出相、力学性能以及制作的直缝焊管与螺旋焊管的力学性能等进行了分析研究。结果表明:炉卷轧机X80管线钢板/卷获得了较高的强度与韧性,其中平均屈服强度与抗拉强度分别达到575 MPa与665 MPa以上,-20℃的冲击功高于330 J,FATT50CVN-60℃;管线钢为典型的细小针状铁素体组织,铁素体基体上弥散分布着纳米尺度的Nb、Ti的碳氮化物析出相,析出粒子主要有两种:一种平均尺寸在20 nm左右,是以NbC为主的Nb(Ti)C析出相;另一类粒子尺寸大多在50~200 nm,是以TiN为主的Ti、Nb(NC)复合析出相;利用炉卷轧机X80钢板与钢卷制成的直缝焊管与螺旋焊管具有较高的综合力学性能。     

铌对X80管线钢显微组织的影响

利用金相和透射电镜等分析手段对不同Nb含量的高强度X80管线钢的显微组织进行了分析,并利用萃取复型方法重点研究了两种钢中二次相粒子的析出行为。研究结果表明,低铌管线钢的显微组织主要由粒状贝氏体、板条贝氏体及少量M-A岛组成,而高铌管线钢中的主要组织为针状铁素体和M-A组元。析出相萃取复型分析结果表明,低铌管线钢中主要析出相为方形TiN粒子,而高铌钢中的析出相粒子主要由大尺寸的(Nb,Ti)C复合型粒子及大量弥散分布的小尺寸NbC组成。     

包钢22 mm X80 管线钢热轧卷板研制

文章介绍了在包钢2 250 mm热连轧生产线试制的22 mm X80管线钢热轧板卷的生产情况。通过采用低碳、高w[Mn+Nb]、w[Mo+Cr+Cu]的合金化成分设计,应用包钢纯净钢冶炼技术,差异化加热技术、恒速轧制技术和高效加密层流冷却控制技术,生产出具有针状铁素体的高强度高韧性X80管线钢热轧卷板。板卷的强度和韧性指标达到要求。     

组织形貌对X80管线钢性能影响

通过光学显微镜和透射电镜对不同工艺生产的X80管线钢的微观组织、位错形态及析出相等进行了对比分析.结合力学性能检测,研究了X80组织形貌对力学性能的影响.研究表明,针状铁素体晶粒大小、析出相分布、位错密度及位错形态对材料强度、韧性、脆性转变温度有明显的影响,通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化等综合强化方式获得了综合力学性能良好的X80管线钢.     

钒含量对稀土处理X80管线钢微观组织和析出相的影响

针对国内某X80管线钢的抗腐蚀问题,在加入稀土（0.02%）处理后,设计三种不同钒含量（0.05%、0.10%、0.15%）的试验钢,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜（SEM）、Thermo-Calc热力学软件、Fatesage7.0热力学软件、透射电子显微镜-能谱仪(TEM-EDS)等试验仪器对钢中组织和夹杂物的观察分析,论述了稀土在钢中对针状铁素体的生成机理。通过热力学计算,研究不同钒含量梯度对试验钢微观组织和析出相的影响。通过电化学技术检测了不同钒含量试验钢在（3.5%）NaCl溶液中抗腐蚀性能。结果表明：稀土可以变质夹杂物,诱导针状铁素体的形成。钒可以细化晶粒,从而起到细晶强化的作用。通过透射电镜观察,析出相的数量和平均尺寸都随着钒含量的增加而增加,有效起到钉扎作用,从而提高钢的强度。通过极化曲线和交流阻抗曲线看出,试验钢的抗腐蚀性能随着钒含量的增加先增强后减弱。钒促进铁素体的形成,晶粒过细反而导致抗腐蚀性能减弱。     

高级别厚规格X80管线钢研制开发

介绍了采用低碳成分设计和TMCP工艺开发X80钢级石油输送管用热轧卷板的关键控制技术和工艺路线。通过低碳多合金强化等微合金化的成分设计、控制钢水的纯净度和板坯的偏析,采用合理的两阶段控制轧制及控制冷却工艺,可以得到针状铁素体＋贝氏体组织。检测指标表明：强度指标和低温韧性等各项力学性能良好,满足中石油＂西二线＂管道工程用热轧卷板技术条件,制管后管体取样各项指标良好。     

高温轧制工艺微观机理研究

改变材料中微合金元素的组成和含量是高温轧制工艺(HTP)的基础,高温轧制工艺改善了材料的组织结构和力学性能并降低了生产成本,同时,轧制时变形抗力的减小也降低了轧机的负荷并有利于板形的控制。为了使高温轧制工艺广泛应用于轧制工程领域,从微观机理角度对该工艺进行研究就显得很有必要。本文以低碳、高铌和低钼成分的X80管线钢为研究对象,分析了试轧钢板的微观组织和力学性能并利用透射电镜重点研究了析出粒子的大小、形貌、成分及其析出行为。研究结果表明,高温轧制工艺生产的高铌针状铁素体钢的微观组织和力学性能满足了工程要求,析出物大部分为圆形Nb(C,N)附着在热稳定性较高的方形TiN粒子上形成的不规则复合析出。     

X70针状铁素体管线钢析出相

用透射电镜研究了X70针状铁素体管线钢中的析出相．一种是以TiN为主、尺寸较大(50nm～1μm)、外形规则、几乎呈立方体的Ti (Nb) NC复合析出相,其中Ti/Nb比值处于5～12之间．另一种是以NbC为主、尺寸十分细小(小于20nm)、形态为圆形或椭圆形的Nb (Ti) C复合析出相,Nb/Ti比值处于1～6．37之间,衍射分析结果表明其为多晶粒构成．分析表明,尺寸较大的方形析出相在1150℃的温度时已经存在,并且在热模拟过程中变化不大．细小圆形析出相绝大部分是在1100～900℃之间析出,而且与基体保持共格或半共格的关系．V的析出不明显,其作用相对较弱．高温热塑性曲线的测量结果显示,在没有变形情况下,1050℃时析出相开始析出,900～850℃之间析出量达到最大．     

热连轧工艺生产厚规格X80管线钢的工艺及组织性能

研究了马钢热连轧生产厚规格X80管线钢的显微组织、析出物的种类、大小、分布和力学性能,研究表明:通过合理的成分设计和轧制工艺,传统热连轧生产的厚规格X80管线钢的组织均匀,合理;析出物细小弥散,其析出物为Nb、V、Ti的复合析出物,根据形态可以分为两类,第一类析出物是以含Ti为主的(Ti、Nb)(C、N)析出物,主要作用是阻止奥氏体晶粒长大;第二类析出物以含Nb为主的(Nb、Ti)C析出物,主要作用是析出强化.在充分发挥细晶强化、位错和亚晶强化和析出强化等强化机制的条件下,厚规格X80管线钢力学性能优良,屈服强度达到580 MPa,屈强比合适;-20 ℃的夏比冲击功和剪切面积分别为290 J和100%,-15 ℃的DWTT剪切面积为100%.各项性能均满足西气东输二线标准要求.     

HTP型X65管线钢的开发与生产

介绍了济钢在3200／3500mm双四辊轧机上首次大规模研制生产X65管线钢的工艺和性能。所研制的管线钢采用低C、S、P和高Nb、无V、Mo的成分设计,有低的碳当量CE（≤0．34）和PCN（≤0．17）。应用精轧机HTP和ACC快速冷却工艺获得针状铁素体组织,采用堆垛缓冷实现热扩散处理,获得优良性能。采用所开发的X65管线钢板制成的直缝埋弧焊钢管具有良好的力学性能和焊接性能。     

稀土对X80管线钢中铌元素赋存状态的影响

采用真空感应炉冶炼制备添加微量稀土的X80管线钢,通过FactSage软件计算,不同温度时效处理后显微硬度的测量,结合微观组织分析,研究加热过程中稀土对铌溶解行为的影响;利用MMS-200热模拟试验机测定PTT曲线,研究稀土对铌应变诱导析出行为的影响.结果表明,稀土微合金促进X80管线钢奥氏体中铌溶解,抑制奥氏体中铌应变诱导析出,但稀土微合金增加了铌元素在铁素体中沉淀析出量,理论上可部分替代钢中的钒元素.     

轧后冷却工艺对大输量X80M管线钢显微组织的影响

为保证大输量X80M管线钢高强度的同时进一步提高其低温韧性,实现强韧性良好匹配,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对其进行模拟轧制研究。利用热膨胀法结合金相法建立X80M管线钢的动态CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线,并通过OM、SEM、硬度检测等分析方法,研究了冷速、终冷温度等冷却工艺参数对其组织和硬度的影响。研究发现,随冷速增大,其组织发生多边形铁素体(PF)+珠光体(P)→粒状贝氏体(GB)→针状铁素体(AF)→贝氏体铁素体(BF)的转变,维氏显微硬度也逐渐增加;当冷速为15～25℃/s时可获得以细小均匀AF为主和弥散分布M/A(马氏体-奥氏体)岛组成的理想显微组织;终冷温度对其相组成有明显的影响,随着终冷温度的降低,M/A岛尺寸变小,数量增多,组织逐渐细化。将试验研究与生产实践相结合,最终设定工业化TMCP参数为终轧温度780℃+终冷温度360℃+冷速20℃/s,得到的X80M管线钢板卷具有高强度和优异低温韧性,满足其工程技术要求,并成功应用于西气东输四线重大管道工程。本研究为高强高韧管线用钢的研发提供了技术参考,有力支撑了...     

显微组织对X80管线钢力学性能的影响

利用光学显微镜研究了20 mm厚度X80管线钢显微组织类型对强韧性的影响。结果表明:显微组织为针状铁素体和少量的粒状贝氏体时,钢的屈服强度达到512MPa;针状铁素体的晶粒细化、粒状贝氏体和板条贝氏体可以使X80管线钢具有更高的屈服强度,达到600MPa。细小而均匀的粒状贝氏体可以获得良好的冲击韧性。掺杂在一起的细小的针状铁素体、准多边形铁素体、粒状贝氏体促使裂纹扩展路径曲折,改善冲击韧性。     

加热温度对X80M管线钢性能和组织的影响

研究了不同加热温度对厚壁X80M管线钢原始奥氏体晶粒、组织、析出相及力学性能的影响。结果表明,加热温度对厚规格X80M管线钢的落锤性能影响较大。随着加热温度逐渐升高,奥氏体晶粒不断粗化,当加热温度≤1 210℃时,原始奥氏体晶粒细小,奥氏体晶粒的平均尺寸为35μm。原始奥氏体晶粒越细小,在后续轧制和冷却过程中越能促进针状铁素体和粒状贝氏体的形核,即显著改善钢板的低温韧性。此外,加热温度越高,铸坯中合金元素的固溶量越多,能促进20 nm以下的NbC析出相的形成,但会导致晶粒粗化和组织中针状铁素体及粒状贝氏体比例减少。因此,控制加热温度在1 210℃以下,保证针状铁素体（AF）和粒状贝氏体（GB）比例在60%以上时,可显著改善厚规格X80M管线钢的落锤性能。     

抗大变形管线钢X80轧制工艺研究

为提高抗大变形管线钢X80的力学性能,在鞍钢5500宽厚板生产线上对其轧制工艺进行了研究。结果表明,提高板坯加热温度及保温时间可改善产品抗拉强度;适当调整弛豫时间,保证钢板入水温度及优化轧制力、轧制道次,可有效控制钢板显微组织,提高产品的均匀延伸率。     

南钢HTP工艺试制高铌X80管线钢的组织性能研究

对南钢试制的低碳、高铌、不添加钼成分的高温轧制(HTP)的X80管线钢钢板的性能进行了分析,针对其显微组织特点进行了详细的观察和研究,并对DWTT断口形貌、夹杂物以及第二相21粒子的成分、尺寸及分布进行了分析,证实了采用HTP工艺技术生产的管线钢板能够完全达到X80的现行技术标准要求;而且低碳、高铌、不添加钼的成分可以大幅度降低生产成本,有助于提升管线钢的竞争力.