X100管线钢的工艺控制

Process development of X100 pipe line steel
JIA Shu-jun 1 ， LIU Qing-you 1 ， PENG Ling-li 1 ， QU Peng 2 （ 1. China Iron ＆ Steel Research Institute Group ，Beijing 100081 ，China ； 2. Benxi Steel Group Corporation ，Benxi 100083 ，China ）
8 mm × 12 mm 。
表1 Table 1
C 0. 068 Si 0. 26
%） 试验钢的化学成分（ 质量分数，
Composition of tested steel （ mass fraction ， %）
Mn 2. 0 Nb 0. 09 Mo 0. 32 Cu 0. 30 Cr 0. 30 Ni 0. 26 Fe Bal．
图1
（ b） ， （ c ） 金相照片； （ d ） ， （ e） ， （ f ） 扫描电镜照片 实验钢显微组织在 820 ℃ 变形时随变形量的变化情况 （ a ） ， Fig． 1 Effect of deformation on microstructure of the steel at 820 ℃ （ a ） ， （ b） ， （ c ） metallographs ；
制的理论基础， 又为 X100 管 线 钢 的 工 艺 优 化 和 大 规 模生产提供技术支持 。 本文利用热模拟方法， 初步研 究变形量 、 冷却 速 率 和 终 冷 温 度 等 工 艺 参 数 对 X100 管线钢的微观组织和显微硬度的影响规律 。
“高品质管线钢的研制 ” （ 2006BAE03 A15 ） 课题 E-mail ： jiajsj504 @ 126 ． com 。 发工作，
0. 2 、 0. 5 、 1、 5、 10 、 20 、 30 、 35 和 40 ℃ / s 速 度 冷 却 到 400 ℃ ， 最后以 0. 2 ℃ / s 冷却到 200 ℃ ， 空冷到室温； 3 ） 考 核 终 冷 温 度 的 影 响： 1200 ℃ 加 热， 保温 5 min 后冷却到 1000 ℃ 变 形 20% ， ， 再以 5 ℃ /s 冷却 到 820 ℃ 变形 50% ， 然后以 20 ℃ / s 速度冷却到不同 500 、 450 、 380 、 350 和 300 ℃ ） 后，以 温 度 （ 600 、 0. 2 ℃ / s 冷却到 200 ℃ ， 最后空冷到室温 。 热模拟试验完 成 后， 将 试 样 沿 中 央 纵 截 面 切 开，
随着钢铁工业工艺水平的不断提高， 管线钢的发 展大体经历了 三 个 阶 段 。 第 一 阶 段 为 20 世 纪 50 年 代年以前， 是 以 C-Mn 钢 为 主 的 普 通 碳 钢， 强度级别 为 X52 以下 。 第 二 阶 段 为 20 世 纪 50 年 代 到 70 年 代， 在 C-Mn 钢基 础 上 引 入 微 量 钒 和 铌， 通过相应的 提 高 了 钢 材 的 综 合 性 能， 生 热轧及轧后处理 等 工 艺， X65 级 钢 板 。 特 别 是 20 世 纪 60 年 代 后 产出 X60 、 期， 日本等国开展了控制轧制研究， 对热轧中厚钢板 、 带钢热变形过程中工艺参数与组织状态 、 力学性能关 系等 方 面 进 行 了 系 统 研 究 。 第 三 阶 段 为 20 世 纪
第 32 卷 2011 年
第 11 期 11 月
材
料
热
处
理
学
报
Vol ． 3 2 November
No ． 1 1 2011
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
X100 管线钢的工艺控制
1 1 1 贾书君 ， 刘清友 ， 彭伶俐 ， 曲
鹏
2
（ 1. 中国钢研科技集团公司，北京
［1］
。
［23］
Mo 微合金化加 高钢级管线钢一般都是采用 Nb 、 控轧控冷工艺进 行 生 产 。 尤 其 是 在 X100 管 线 钢 中， 通常要添加较 高 含 量 的 Nb 和 Mo 来 提 高 材 料 淬 透性， 得到 粒 状 贝 氏 体 或 者 与 板 条 贝 氏 体 的 混 合 组
［4］ 织， 从而满 足 X100 较 高 的 强 韧 性 要 求 。 因 此， 研
第 11 期
贾书君等： X100 管线钢的工艺控制
பைடு நூலகம்29
1
试验材料和方法
试验钢 的 化 学 成 分 如 表 1 所 示 。 试 样 规 格 为
经打磨抛光后用 3% 的 硝 酸 酒 精 溶 液 腐 蚀， 用 Leica 4500 型 扫 描 电 MEF4M 型 金 相 显 微 镜 和 HITACHIS镜分别观察试样 中 心 部 位 的 组 织 形 貌 。 用 线 切 割 机 将变形后的试样从其变形区的中部切下 0. 3mm 厚的 金属薄片， 预减薄 到 50 μ m 以 下 后 冲 出 3 mm 的 圆 800 型 用离子减薄制 备 透 射 电 镜 分 析 试 样， 在 H片， 透射电镜上观察析出物形貌及分布 。
热模拟工艺如下： 1 ） 考核变形 量 的 影 响： 1200 ℃ 加 热， 保 温 5 min 后冷却到 1000 ℃ 变 形 20% ， 再 继 续 降 温 到 820 ℃ ， 30% 、 40% 后 以 20 ℃ / s 的 速 度 冷 却 分别变形 20% 、 到 400 ℃ ， 保温 100 s 后空冷到室温； 2 ） 考 核 冷 却 速 度 的 影 响： 1200 ℃ 加 热， 保温 5 min 后冷却到 1000 ℃ 变 形 20% ， ， 再以 5 ℃ /s 冷却
70 年代年至今， Ti 、 Nb 、 Mo 、 B 等 元 素 微 合 金 化， 用 V、 并采用了控制轧制与控制冷却相结合等新技术， 相继 X80 、 X100 等 综 合 性 能 优 异 的 高 强 度 级 开发出 X70 、 别管 线 钢 。 目 前， 管 线 钢 正 朝 着 厚 壁、 大直径和高强 度方向发展
Mo 条 件 下， 究 X100 管线钢在 低 C 、 高 Nb 、 各项工艺
收稿日期 ： 基金项目 ： 作者简介 ： 201101 14 ； 修订日期 ：
参数对其微观组织的影响， 既充实了微合金钢控制轧
201104 12
“十一五 ” “高品质中厚板生产技术 ” 国家 支撑计划 项目 子 贾书君（ 1980 — ） ， 女， 工 程 师， 主要从事管线钢的研究开
Abstract ： Effects of rolling and cooling processes on microstructure and microhardness of X100 pipeline steel were investigated by means of thermal simulation ，scanning electron microscopy （ SEM ） and transmission electron microscopy （ TEM ） ． The results show that processing parameters have significant influence on both microstructure and mechanical properties of the steel． The volume fraction of bainitic ferrite decreases ，whereas that of granular bainite increases with increasing deformation in the range of 20% － 40% ． At the same time ， microstructure is refined and hardness is reduced obviously． When the finish cooling temperature is 400 ℃ ，granular bainite is refined and microhardness of the steel increases with increasing cooling rate ，at the same time the volume fraction of M-A islands decreases and the grain size of M-A islands is refined． Granular bainite and M-A islands are both refined ，and the volume fraction of M-A islands is reduced with decreasing finish cooling temperature in the range of 600 － 350 ℃ ，a large amount of bainitic ferrites in the steel is observed when the finish cooling temperature is 300 ℃ ． Hardness increases with the decrease of finish cooling temperature． Key words ： deformation ； cooling rate ； finish cooling temperature ； microstructure ； hardness
摘
100081 ； 2. 本溪钢铁集团公司，辽宁 本溪
117000 ）
要： 利用热模拟 、 扫描电镜 、 透射电镜等 分 析 手 段 研 究 了 控 轧 工 艺 和 冷 却 制 度 等 对 X100 管 线 钢 微 观 组 织 和 显 微 硬 度 的 影
随变形量增加， 试验钢中板条贝氏 体 比 例 减 少， 粒 状 贝 氏 体 比 例 增 加， 组 织 逐 渐 细 化， 显微硬度 响 。 结果表明： 在 820 ℃ 变形时， 明显下降； 400 ℃ 终冷时， 随冷却速度的增加， 粒状贝氏体组织逐渐细化， 马奥岛数量减少， 颗粒尺寸减小， 显微硬度增加； 在 600 ～ 350 ℃ 范围终冷时， 随终冷温度降低， 贝氏体组织细化， 马奥岛体积分数减少， 颗粒尺寸减小， 终冷温度降低到 300 ℃ 时， 组织中出 现了大量硬相的板条贝氏体组织； 显微硬度随着终冷温度的降低而增加 。 关键词： 变形量； 冷却速度； 终冷温度； 文献标志码： A 微观组织； 显微硬度 中图分类号： TG142. 4 6264 （ 2011 ） 11002806 文章编号： 1009-
－1 到 820 ℃ ， 以应变速率 5 s 变形 50% ， 变形后分别以
2
2. 1
试验结果及分析
未再结晶区变形量的影响 图 1 显示了实验钢微观组织随精轧变形量的变
随 着 精 轧 区 变 形 量 的 增 加， 贝氏 化情 况 。 可 以 看 出， 体组织逐渐变细 。20% 变形时， 组织为粒状贝氏体和 并 且 板 条 贝 氏 体 量 占 70% 板条贝氏体 的 混 合 组 织， 以上， 随着变形量增加， 板条贝氏体比例逐渐减少， 平 行的板条束长度 缩 短， 不 同 取 向 的 板 条 束 相 互 交 错， 变形量增加到 40% 时， 板条贝氏体比例不到 20% ， 多 为细小的粒状贝 氏 体 组 织 。 随 着 粒 状 贝 氏 体 所 占 比 马 奥 岛 数 量 也 随 着 变 形 量 的 增 加 而 增 加。 例增加， 图 2 为实验钢显微硬度随精 轧 变 形 量 的 变 化 情 况， 可 见显微硬度随着变形量的增加而减小 。 分析其原因， 虽然精轧变形量增加时显微组织逐渐变得细小， 但是 组织类型发生了很大变化， 由小变形量时板条贝氏体 为主的组织逐渐过 渡 到 大 变 形 量 时 粒 状 贝 氏 体 为 主