精軋應變對X70管線鋼性能的影響

姜育男

【摘 要】借助Gleeble-2000熱模擬試驗機，測試不同應變條件下X70管線鋼的CCT曲線，結果表明，隨著應變的增加，鐵素體區域擴大，貝氏體臨界轉變冷卻速率增加，即增加應變有利于獲得鐵素體，但是對貝氏體轉變不利。依據實驗室研究結果，對現場生產的X70管線鋼工藝進行調整，改變精軋應變，其他工藝保持不變。對不同精軋應變工藝的試驗鋼取樣分析發現，精軋應變增加，對提高X70管線鋼的抗拉強度有利，但對韌性具有不利影響。進一步分析發現，精軋應變增加，導致X70管線鋼有效晶粒尺寸減小，對提高管線鋼抗拉強度有利。但因應變增加組織中鐵素體比例增加，具有良好韌性特征的貝氏體含量降低，因此，最終導致管線鋼韌性反而下降。為了獲得理想性能，管線鋼生產過程中精軋應變的控制需要進行相應的調整。

【關鍵詞】管線鋼 組織 沖擊韌性

1 引言

管線鋼是最典型的微合金鋼，成分設計過程中需條件Si、Cr、Mn、Ni等合金元素。此外，還需要添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素。軋制過程需要采用控制軋制和控制冷卻技術相結合（TMCP）的工藝進行生產。大部分學者對于微合金作用以及高溫軋制以及Tnr溫度研究較多，對于精軋應變的研究相對較少[1-4]。但生產發現，精軋應變對管線鋼組織和性能影響也比較大，本研究對X70管線鋼精軋應變對性能的影響進行分析。

2 試樣制備與實驗方法

本實驗所選用試驗鋼為現場冶煉生產的X70管線鋼，經鐵水預處理、轉爐冶煉、爐外精煉后，通過連鑄生產獲得鑄坯。再經過二次加熱采用熱連軋機組進行生產，化學成分如表1所示。

試驗鋼取自熱連軋后鋼板，加工成樣品后，采用Gleeble-2000熱模擬實驗機進行單向壓縮連續冷卻實驗，將試樣加熱到1200℃，均熱保溫3min，以20℃/s的冷卻速率冷至900℃后，進行變形20%和不變形2種工藝處理，然后再以0.5～15℃/s不同冷卻速率冷卻到200℃，測定膨脹曲線，結合金相分析匯總CCT曲線如圖1所示。

根據實驗室研究結果，現場生產工藝進行調整，具體工藝如圖2所示。熱連軋后取樣分別依據國標進行力學性能測試，其中強度為室溫測試結果，韌性為-30℃測試結果，結果如表2所示。

3 實驗結果與討論

3.1 熱模擬結果分析

不同應變條件下，X70管線鋼的CCT曲線如圖1所示。對比發現，相變前應變增加，有利于鐵素體轉變，與沒有應變條件相比，采用0.2應變的X70管線鋼組織中，鐵素體相變區域明顯增加，貝氏體轉變臨界冷速3℃/s增加至5℃/s。分析認為，鐵素體轉變為擴散型相變，增加的應變累計為相變提供了驅動力，因此，更有利于形成鐵素體。

3.2 現場生產結果分析

根據實驗室研究結果，現場對生產工藝進行調整，具體工藝如圖2所示。精軋累積應變分別為0.70和0.75，其他工藝保持同一水平。力學性能測試結果顯示，增加精軋累積應變后，管線鋼抗拉強度明顯增加，韌性和塑性指標卻呈現降低趨勢。組織分析表明，精軋應變減少后組織中貝氏體含量增加，晶粒尺寸略有增加，但組織混亂程度增加，對裂紋擴展阻礙作用增強，這是提高其韌性和塑性的主要因素。

精軋應變增加獲得了更加細小的組織，因此，對提高X70管線鋼強度有利，但卻因鐵素體含量增加，裂紋在單一組織中擴展更容易，反而導致塑性和韌性的降低。

管線鋼需要綜合考慮強度和韌性。其中韌性是管線鋼最重要的力學指標，因此，實際生產X70管線鋼針對不同規格、不同要求，應該對精軋應變進行相應的調整，以獲得最佳性能。

4 結語

（1）相變前累積應變對X70管線鋼相變和組織有明顯影響。隨著應變的增加，鐵素體轉變區域擴張，貝氏體臨界轉變冷速增加；（2）精軋應變對管線鋼力學性能影響明顯，累積應變增加，有利于提高管線鋼強度，但對管線鋼韌性和塑性不利；（3）精軋應變增加有利于獲得細小的鐵素體為主的組織。適當降低精軋應變，可以獲得更加復雜的鐵素體+貝氏體混合組織，這種組織具有較強的抑制裂紋擴展能力，有利于改善管線鋼的韌性；（4）針對不同規格的管線鋼生產，現場軋制工藝應進行調整，以發揮組織控制的最有效有途徑。

參考文獻：

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[2]劉宏亮，劉承軍，王云盛，等.稀土對X80管線鋼中鈮元素賦存狀態的影響[J].稀土，2011，32（5）：6-11.

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[4]文建華，劉清友，孫新軍，等.冷卻速率對高鈮微合金鋼組織的影響[J].鋼鐵研究學報，2007，19（12）：35-39.