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(qū)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(jù)實驗室研究結果,對現(xiàn)場生產(chǎn)的X70管線鋼工藝進行調(diào)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(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn),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(chǎn)過程中精軋應變的控制需要進行相應的調(diào)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(chǎn)。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(chǎn)發(fā)現(xiàn),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(xiàn)場冶煉生產(chǎn)的X70管線鋼,經(jīng)鐵水預處理、轉爐冶煉、爐外精煉后,通過連鑄生產(chǎn)獲得鑄坯。再經(jīng)過二次加熱采用熱連軋機組進行生產(chǎn),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(xù)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(jù)實驗室研究結果,現(xiàn)場生產(chǎn)工藝進行調(diào)整,具體工藝如圖2所示。熱連軋后取樣分別依據(jù)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(fā)現(xiàn),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(qū)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?yōu)閿U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(xiàn)場生產(chǎn)結果分析
根據(jù)實驗室研究結果,現(xiàn)場對生產(chǎn)工藝進行調(diào)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(xiàn)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(chǎn)X70管線鋼針對不同規(guī)格、不同要求,應該對精軋應變進行相應的調(diào)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(qū)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(guī)格的管線鋼生產(chǎn),現(xiàn)場軋制工藝應進行調(diào)整,以發(fā)揮組織控制的最有效有途徑。
參考文獻:
[1]劉宏亮,劉承軍,王云盛,等.稀土管線鋼軋制工藝的模型研究[J].稀土,2011,32(3):1-7.
[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(tài)的影響[J].稀土,2011,32(5):6-11.
[3]馮耀榮,柴惠芬,郭生武,等.低碳超低碳微合金化管線鋼顯微組織的研究進展[J].材料導報,2002,16(6):9-12.
[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.