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精轧应变对X70管线钢性能的影响

2016-12-28姜育男

中国科技纵横 2016年20期
关键词:冲击韧性组织

姜育男

【摘 要】借助Gleeble-2000热模拟试验机,测试不同应变条件下X70管线钢的CCT曲线,结果表明,随着应变的增加,铁素体区域扩大,贝氏体临界转变冷却速率增加,即增加应变有利于获得铁素体,但是对贝氏体转变不利。依据实验室研究结果,对现场生产的X70管线钢工艺进行调整,改变精轧应变,其他工艺保持不变。对不同精轧应变工艺的试验钢取样分析发现,精轧应变增加,对提高X70管线钢的抗拉强度有利,但对韧性具有不利影响。进一步分析发现,精轧应变增加,导致X70管线钢有效晶粒尺寸减小,对提高管线钢抗拉强度有利。但因应变增加组织中铁素体比例增加,具有良好韧性特征的贝氏体含量降低,因此,最终导致管线钢韧性反而下降。为了获得理想性能,管线钢生产过程中精轧应变的控制需要进行相应的调整。

【关键词】管线钢 组织 冲击韧性

1 引言

管线钢是最典型的微合金钢,成分设计过程中需条件Si、Cr、Mn、Ni等合金元素。此外,还需要添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素。轧制过程需要采用控制轧制和控制冷却技术相结合(TMCP)的工艺进行生产。大部分学者对于微合金作用以及高温轧制以及Tnr温度研究较多,对于精轧应变的研究相对较少[1-4]。但生产发现,精轧应变对管线钢组织和性能影响也比较大,本研究对X70管线钢精轧应变对性能的影响进行分析。

2 试样制备与实验方法

本实验所选用试验钢为现场冶炼生产的X70管线钢,经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼后,通过连铸生产获得铸坯。再经过二次加热采用热连轧机组进行生产,化学成分如表1所示。

试验钢取自热连轧后钢板,加工成样品后,采用Gleeble-2000热模拟实验机进行单向压缩连续冷却实验,将试样加热到1200℃,均热保温3min,以20℃/s的冷却速率冷至900℃后,进行变形20%和不变形2种工艺处理,然后再以0.5~15℃/s不同冷却速率冷却到200℃,测定膨胀曲线,结合金相分析汇总CCT曲线如图1所示。

根据实验室研究结果,现场生产工艺进行调整,具体工艺如图2所示。热连轧后取样分别依据国标进行力学性能测试,其中强度为室温测试结果,韧性为-30℃测试结果,结果如表2所示。

3 实验结果与讨论

3.1 热模拟结果分析

不同应变条件下,X70管线钢的CCT曲线如图1所示。对比发现,相变前应变增加,有利于铁素体转变,与没有应变条件相比,采用0.2应变的X70管线钢组织中,铁素体相变区域明显增加,贝氏体转变临界冷速3℃/s增加至5℃/s。分析认为,铁素体转变为扩散型相变,增加的应变累计为相变提供了驱动力,因此,更有利于形成铁素体。

3.2 现场生产结果分析

根据实验室研究结果,现场对生产工艺进行调整,具体工艺如图2所示。精轧累积应变分别为0.70和0.75,其他工艺保持同一水平。力学性能测试结果显示,增加精轧累积应变后,管线钢抗拉强度明显增加,韧性和塑性指标却呈现降低趋势。组织分析表明,精轧应变减少后组织中贝氏体含量增加,晶粒尺寸略有增加,但组织混乱程度增加,对裂纹扩展阻碍作用增强,这是提高其韧性和塑性的主要因素。

精轧应变增加获得了更加细小的组织,因此,对提高X70管线钢强度有利,但却因铁素体含量增加,裂纹在单一组织中扩展更容易,反而导致塑性和韧性的降低。

管线钢需要综合考虑强度和韧性。其中韧性是管线钢最重要的力学指标,因此,实际生产X70管线钢针对不同规格、不同要求,应该对精轧应变进行相应的调整,以获得最佳性能。

4 结语

(1)相变前累积应变对X70管线钢相变和组织有明显影响。随着应变的增加,铁素体转变区域扩张,贝氏体临界转变冷速增加;(2)精轧应变对管线钢力学性能影响明显,累积应变增加,有利于提高管线钢强度,但对管线钢韧性和塑性不利;(3)精轧应变增加有利于获得细小的铁素体为主的组织。适当降低精轧应变,可以获得更加复杂的铁素体+贝氏体混合组织,这种组织具有较强的抑制裂纹扩展能力,有利于改善管线钢的韧性;(4)针对不同规格的管线钢生产,现场轧制工艺应进行调整,以发挥组织控制的最有效有途径。

参考文献:

[1]刘宏亮,刘承军,王云盛,等.稀土管线钢轧制工艺的模型研究[J].稀土,2011,32(3):1-7.

[2]刘宏亮,刘承军,王云盛,等.稀土对X80管线钢中铌元素赋存状态的影响[J].稀土,2011,32(5):6-11.

[3]冯耀荣,柴惠芬,郭生武,等.低碳超低碳微合金化管线钢显微组织的研究进展[J].材料导报,2002,16(6):9-12.

[4]文建华,刘清友,孙新军,等.冷却速率对高铌微合金钢组织的影响[J].钢铁研究学报,2007,19(12):35-39.

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