X80石油管线钢的组织性能控制.pdf

第 3 7 卷第 2 期 2 0 1 5年 4月 四 川 冶 金 Sie h u a n M e t a l l u r g y Vo1 ． 3 7 No ．2 Ap r ．。 2 01 5 文章编号 1 0 0 1 5 1 O 8 2 0 1 5 O 2 一o 0 3 1 一O 5 X8 0石油管线钢的组织性能控制 田玉伟 ， 张 熙 本钢技术中心， 辽宁 本溪 1 1 7 0 0 0 摘要 分析 了生产厚度为 1 8 ． 4 mm X 8 0管线钢组织性能控制的几个技术要 点， 简要 阐述 了加 热 制度、 组织均匀性 、 轧制压下量和冷却速度控制不当对钢组织性能产生的不利影响。 关键词 管线钢 ； 针状铁素体 ； 显微组织； 力学性能 中图分类号 T G1 4 2 文献标识码 B Th e Co nt r o l l i ng o n M i c r o s t r u c t u r e a n d M e c ha ni c a l Pr o pe r t y o f X8 0 Pi pe l i ne S t e e l T1 AN YU we i ， Z HANG Xi Th e t e c h n i c a l c e n t e r o f Be n x i I r o n S t e e l Gr o u p C o ．Lt d ，B e n x i 1 1 7 0 0 0，Li a o n i n g， Ch i n a Ab s t r a c t Th e k e y t e c h n o l o g i c a l p o i n t s t o c o n t r o l l i n g mi c r o s t r u e t u r e a n d me c h a n i c a l p r o p e r t y o f X8 0 p i p e l i n e s t e e l t h i c k n e s s o f 1 8 ． 4 mmi s a n a l y s e d i n t h i s a r t i c l e ．Th e n e g a t i v e l y a f f e c t s o n mi c r o s t r u c t u r e a n d me c h a n i c a l p r o p e r t y c a u s e d b y i mp r o p e r c o n t r o l l i n g o f h e a t i n g s c h e d u l e ，h o mo g e n e i t y o f s t r u c t u r e ，r o l l i n g r e d u c t i o n a n d c o o l i n g r a t e i s d e s c r i b e d b r i e f l y ． Ke y wo r d s p i p e l i n e s t e e l ；a c i c u l a r f e r r i t e ；mi c r o s t r u c t u r e ；me c h a n i c a l p r o p e r t y 1 引 言 管道运输是长距离输送石油、 天然气的 重要方式 。由于多数油气田都处于地理环境 恶劣的地区， 这就对新时期的石油管线建设 有了更高的要求 ， 不但要求采用大的管径和 高的输送压力， 还要满足高寒和腐蚀环境使 用等要求 ， 为此就需要不断开发 出具有优异 强韧性的管线用钢。为满足强韧性 的要求 ， 目前 X 8 0级的管线钢一般都是显微组织为 针状铁素体 的贝氏体钢， 这种钢实际生产时 在组织性能控制上有一定 的难度 ， 本文就生 作者简介 田玉伟 ， 研究生， 高级工程师， 从事金相分析工作。 产厚度为 1 8 ． 4 m m X 8 0 管线钢组织性能控制 的几个要点进行了简要分析研究 。 2 实验方法与材料 2 ． 1 实验钢的化学成分及生产工艺 本实验中所用钢种为 铸坯规格 2 3 0 m m 1 5 7 5 mm， 成 品规格 1 8 ． 4 mm1 5 5 0 mm， 结合实际生产装备能力， 设计的化学成分和 工艺路线 。 生产工艺路线 连铸坯一铸坯加热一粗 轧一精轧一层流冷却一卷取一检验一包装出 厂， 连轧设定工艺参数 粗轧采用大压下 、 慢 四川冶金 第 3 7卷 轧制工艺 ， 精轧压下量分配后移， 加热温度为 1 2 5 0 。C， 开轧温度为 1 1 5 0 。C， 粗轧末道次温 度小于 9 8 0 。C， 进精轧温度小于 9 6 0 。C， 终轧 温度为 8 1 0 C， 卷取温度为 4 5 0 ℃。 表 1 钢的化学成分 质量分数／ 2 ． 2 实验 方法 钢的力学性能是在 z w i c k公 司 z 6 0 0拉 伸试验机和 P S W7 5 0 冲击试验机等设备上进 行的测试。金相显微组织检验通过德 国蔡司 金相显微镜 和 S u p r a 5 5 场发射扫描电镜进 行 ， 腐蚀液采用 L a p a r a 试剂和配比为 4 的 硝酸酒精溶液。透射电镜 TE M 显微组织 分析使用 的是 日本电子公司的 2 1 0 0 型透射 电子 显微镜 。 3 实验结果及分析 X8 0管线钢为了获得优 良的力学性能， 显微组织应为针状铁素体 A F 型组织 ， 即 B 粒少量 P F 少量 MA 或少量退化 P 。 为了保证钢的整体性能均匀稳定 ， 要求钢板 在长度、 宽度 、 厚度方 向要组织均匀 ， 特别是 板厚方向一定要做到上下组织均匀 。为了保 证钢 良好的强韧性匹配， 显微组织要细化， 通 过细化有效晶粒尺寸来提高强度， 而不损害 韧性。这样首先要控制好奥氏体未再结晶前 的奥氏体 晶粒， 使原奥 氏体晶粒均匀细小。 其次， 钢在精轧阶段必须采用低温大压下和 大的冷却速度及低的卷取温度才能抑制先共 析铁素体和珠光体的产生， 细化针状铁素体 的精细结构、 获得高的位错密度 ， 使钢具有优 良的强韧性。因为对于这个规格 的 X8 0管 线钢来说 ， 钢的强度控制和合格的落锤性能 是生产的技术难点。钢的落锤性能主要是由 形成针状铁素体 的原奥氏体 晶粒大小决定 的， 只有均匀细小的原奥氏体晶粒才能获得 均匀细小的针状铁素体板条束 ， 钢的止裂性 能才好 ， 落锤性能才能合格。为此 ， 实际生产 中要做好以下几个生产要点的控制。 3 ． 1 力 口 热待 4 度 的控靠 0 由于管线钢为了细化晶粒要加入微合金 元素 N b 、 V、 T i ， 加入这些微合金元素的 目的 之一是阻止奥氏体晶粒的长大。在钢坯轧制 前的再加热过程中， 未溶解的微合金碳 、 氮化 物将通过微观质点钉扎晶界的作用明显阻碍 奥氏体 晶粒 的粗化过程E 。另一个 目的是 在轧制过程中延迟奥氏体的再结晶。控制轧 制过程中析出的微合金碳氮化物可以通过质 点钉扎晶界和亚晶界的作用而显著地阻止变 形奥氏体的动态和静态再结 晶， 从而经过随 后的冷却过程获得细小的相变组织。所 以要 合理的控制加热温度和加热时间， 既使合金 元素充分溶解， 提高利用率， 同时也要保证使 析出相均匀细小 ， 充分发挥微合金元素细化 晶粒的作用。实际生产 中加热温度控制 在 l 2 5 0 ℃以下， 加热 3 h ， 否则不但会 由于微合 金元素析出温度高， 析出相粗大， 造成原奥 氏 体晶粒的粗大 ， 还会造成板坯整体 的热容量 大进而使随后的钢坯降温困难。图 1 为加热 温度高造成的 T i N粗化 ， 个别析 出相可 以达 第 2期 S i c h u a n Me t a l l u r g y 图 6 过 多 M／ A 组元的显微组织 的显著特点是在具有高密度位错贝氏体铁素 体基体上分布着马氏体和残余奥氏体， 即 M／ A 组元。 M／ A 组元一般呈岛状 ， 故称 为 M／ A岛， 是粒状贝氏体组织的重要组成部 分[ 4 ] 。理想的 M／ A岛应该呈细小点状或 条 状 且 弥 散 分 布 ， M／ A 岛 体 积 分 数 为 1 7 ． 9 9 时[ ， 管线钢具有最佳的强韧性能 匹配。如果冷速过大 ， 卷曲温度过低 ， 在粒状 贝氏体形成温度 区停 留时间短， 过多的过冷 奥氏体会转变为 M／ A 组元 ， 造成 M／ A 组 元含量过多达 到 3 4 ， 且体 积较大 ， 如 图 6所 示 。这造 成 钢 的强度 过 高 ， R o ． s 为 6 3 0 Mp a ， R 为 8 0 0 Mp a ， 冲击功 2 4 0 J ， D WT T不好只 有 7 5 ， 不满足标准要求 。我们认为这主要 是 因为 M／ A岛状组织主要有不规则块状和 薄膜状， 各种类型的 M／ A 组元可 以阻碍位 错 的运动 ， 改变裂纹的扩展方向， 增加裂纹扩 展 的途径 ， 有利于提高钢 的强韧性 。由于该 钢的 C含量较低， M／ A 组元中尽管碳有一 定 的富集， 但是 M／ A 组元 中马氏体主要仍 然为板条马氏体， 也有少量孪晶马氏体。这 些马氏体可以显著提高钢的强度， 因此 M／ A 组元对提高钢板强度 的贡献随其含量 的 增加而显著 的增加 。但 M／ A 组元 含量 的 过度增加 ， 势必会使 M／ A 组元粗化和增加 带尖角 M／ A 组元的含量。对于有尖角的 M／ A 组元， 当发生位错塞积时 ， 在该处所 引起的应力集中， 易产生裂纹 ， 会降低材料的 韧性和塑性。正是由于针状铁素体具有超细 化的复合组织， 才能保证管线钢具有高的强 韧性配合 ， 因此 M／ A 组元粗化也会降低材 料 的韧性 。 4 结论 生产 1 8 ． 4 mm X8 0管线钢时应该注意以 下几个技术要点 1 Ji ll 热温度控制在 1 2 5 0。C以下， 加热 3 h ， 防止析出相和原奥氏体晶粒粗大。 2 做好钢板整体显微组织均匀性 的控 制 ， 防止出现混晶现象。 3 合理分配轧制压下量 ， 防止产生过多 铁素体 。 4 精确控制冷却速度 ， 防止产生过多的 先共析铁素体和 M／ A 组元。 参考文献 E l i I m a o T a mu r a ， e t a 1 ．T h e r m o me c h a n i c a l P r o c e s s i n g o f Hi g h S t r e n g t h Lo w Al l o y S t e e l s ． Bu t t e r wo r t h s ．1 9 8 8 ． [ 2 ] 钱海帆． T MC P工艺生产 X l 0 0 管线钢的微观 组织及强化机理I- J - I ．钢铁研究学报 ， 2 0 1 1 ， 2 3 1 0 5 4 5 8 ． [ 3 ] 张红梅， 许云波．控制冷却对管线钢 X 6 5组 织细化与性能的影响[ J ] ．东北大学学报， 2 0 0 7，2 8 3 3 5 1 3 5 2 ． [ 4 ] 于庆波， 段贵生， 孙莹， 等． 粒状贝氏体组织对 低碳钢力学性能的影响[ J ] ． 钢铁， 2 0 0 8 ， 4 3 7 6 8 7 1 ． E s ] 尚成嘉 ， 王学敏， 周召槿 ， 等．Mn Mo Nb B低碳微合金钢中温转变组织的演化I- J - I． 金 属学报 ，2 0 0 8 ， 4 4 3 2 8 7 2 9 1 ． [ 6 ] 仝珂， 等 高钢级管线钢中 M／ A岛的微观特 征及其对力学性能的影响[ J ] ． 机械工程材料， 2 01 1，35 2．3 7 ．