微合金元素對高鋼級管線鋼組織性能的影響

摘要：在連續冷卻轉變過程中，鉬元素使相變點溫度降低，使得在相同的冷卻條件下容易發生貝氏體轉變，CCT曲線向右移。而鈮元素的加入增大了過冷奧氏體的穩定性，相變點溫度降低，并且推遲珠光體的轉變。隨著鋼中鉬的質量分數增加，針狀鐵素體的含量增加，并出現M-A組織。鈮可抑制奧氏體的再結晶，保持變形效果從而細化鐵素體晶粒，得到細小的貝氏體組織。

關鍵詞：高鋼級管線鋼 CCT 鈮 鉬

管線運輸是長距離輸送石油和天然氣最經濟合理的運輸方式。由于石油及天然氣運輸的需要，具有高強度高韌性的管線鋼得到快速發展，西氣東輸工程也促進了國內高強韌管線鋼的研究 [1- 3]。二戰后，油氣輸送管線發展迅猛，輸送壓力不斷提高，這樣就要求增加鋼管壁厚，壁厚的增加勢必帶來鋼管重量的增加。因此，提高管線鋼級是減小壁厚，節約鋼材，降低管道建設成本的有效途徑[4-5]。

在微合金元素中，鈮元素是管線鋼中常用的微合金元素，可以起到細化晶粒和沉淀強化的作用；在高鋼級管線鋼中鉬元素也是一個重要元素，鉬存在于鋼的固溶體和碳化物，有固溶強化的作用，可提高鋼的淬透性。當鉬與鈮同時加入時，鉬在控軋過程中可增大對奧氏體再結晶的抑制，進而促進奧氏體顯微組織的細化[6]。

在熱軋鋼板的中心部位截取金相試樣、橫向拉伸試樣和夏比沖擊試樣。金相試樣經磨制拋光，用4%的硝酸酒精腐蝕后置于ZEISS金相顯微鏡及分析系統上觀察，拉伸試樣和沖擊試樣分別置于WAW-Y型電液伺服拉伸試驗機和JB-30B沖擊試驗機上進行拉伸和沖擊實驗。

2、實驗結果與分析

2.3 微合金元素對管線鋼力學性能的影響

表2為實驗鋼的力學性能結果。從表2和圖4中可知，實驗鋼的屈服強度和抗拉強度都隨著鉬含量的增加而增大，抗拉強度的提高幅度要高于屈服強度，-20℃沖擊韌性值隨著鉬含量的增加而呈下降趨勢。鉬使珠光體最大轉變速度的溫度升高，貝氏體最大轉變速度的溫度降低，并把珠光體轉變和貝氏體轉變的C曲線明顯分開，使得在相同的冷卻速率下更容易得到貝氏體。在控制軋制過程中鉬能增大對奧氏體再結晶的抑制作用，促進奧氏體顯微組織的細化，從而增加鋼的強度。因此，含鉬的鋼比不含鉬的鋼有較高的強度，并且屈服強度隨鉬加入量的增加而提高，這個結論在文獻[10]中也有所體現。

3、結論

⑴在連續冷卻轉變過程中，鉬元素的加入使相變點的溫度降低，在相同的冷卻條件下更容易發生貝氏體轉變，并使CCT曲線向右移。鈮能增大了過冷奧氏體的穩定性，使相變點溫度降低，并推遲珠光體的轉變。

⑵隨著鋼中鉬的質量分數增加，針狀鐵素體的含量增加，并出現了M-A組織。含鉬的鋼比不含鉬的鋼有更高的強度，屈服強度和抗拉強度都隨鉬加入量的增加而提高，沖擊韌性降低，其中抗拉強度的增幅較屈服強度大。鈮可抑制奧氏體的再結晶，保持變形效果從而細化鐵素體晶粒，得到細小的貝氏體組織，并且鈮的增加使得管線鋼強度和硬度都相應增大，沖擊韌性降低。

參考文獻：

[1]Shang Chengjia，Wang Xuemin，et al. Microstructure refinement of high strength low carbon bainitic steel[J]. Acta Metallrugica Sinica， 2003，39 （10） ： 1019

[2]Wang Chunming，Wu Xingfang，et al. Relationship between microstructure and properties of X70 pipeline steel and controlled rolling and controlled cooling process [J]. Steel， 2005 ， 40 （3） ： 70

[3]Zhang Hongmei，Wang Hongbin，et al. Study on the grain refinement mechanism of low carbon microalloyed steels for line-pipe application[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment， 2006 ， 27 （6） ： 99

[4]Ishigaw a Nobuyuk， I Okatsu Mitsuhiro，et al. manufacture and application of grade X80 pipeline steel[J].焊管，2005，28（2）：43-49

[5]Kong Junhua，Guo Bin，et al. Research and development of high strength pipeline steel X80[J]. Materials Review，2004，18（4）：23-26

[5]Jiang Haitao，Kang Yonglin，et al. Development and application of high grade popeline steel at home and abroad[J]. Pipeline Technique and Equipment，2005，3（5）：21-24

[6]Yi Hailong，Xue Peng，et al. Research on continuous cooling transformation of X80 pipeline steel[J]. Steel Rolling，2008，25（2）：10-12

[7]Pereloma E. V， Bayley C， Boyd J. D. Microstructural evolution during Simulated OLAC processing of a low-carbon microalloyed steel[J].Materials Science and Engineering. 996，A216：16-24

[8]Lee W. B， Hong S. G， Park C. G， et al. Influence of Mo on precipitation hardening in hot rolled HSLA steels containing Nb [J]. Scripta Mater.2000，43：319-324

[9]Kong Junhua，Zheng Lin，et al. Effect of Mo in high strength pipeline steel[J].Iron and Steel，2005，40（1）：66-68