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X70管线钢微观组织分析

IT圈 admin 2024-08-09 81浏览 0评论

2024年8月9日发(作者：房问筠)

鞍钢技术

,##w

年第

期

*lJ*lJR{Kel|f|J}

xzyx

管线钢微观组织分析

!"#

王春明吴杏芳

鞍钢集团公司

北京科技大学

摘要主要有多边形铁素体

’

块状铁素

!"#

管线钢的微观组织表现为多种类型混合组织

体

准多边形铁素体

针状铁素体

’

粒状贝氏体

’

珠光体和

()’*

岛等

各类组织的比例随加工

工艺不同变化较大

提高冷却速度和降低终冷温度可以增加针状铁素体的比例

冷却速度较

时

组织中出现明显的珠光体

低

$,-).%

关键词

!"#

管线钢显微组织针状铁素体

*/012.3.4/(3564.768578694:!"#;3<913/9=7991

>?@ABCD@EF@A

$*/.G0/H64/0/I=7991J648

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$O93P3/Q=539/590/IR95G/414Q2S/3T96.372%

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3/518I3/Q<412Q4/:966379&[0..3T9:966379$.0[90.<412Q4/:966379%&05358106:966379&Q603/^03/379&

<90613790/I()*3.10/I.975LLRG9607344:905G.76857869Q6907125G0/Q9.37GI3::969/7<6459..3/QLRG9

607344:05358106:966379[023/5690.9^2603.3/Q54413/Q.<99I0/II95690.3/Q:3/0154413/Q79[<9607869L

;90613794^T348.1245586.3/7G9.768578698/I96149654413/Q.<99I$,-).%L

_‘a>bYcW!"#<3<913/9.7991[3564.7685786905358106:966379

前言

管线钢是低合金高强度钢

的典型代

e=f*%

表

它集材料设计

’

微合金元素运用和控轧控冷工

艺于一体

按组织状态可以分为以下三种类型

珠光体钢

基本成分是

这是

,$d%

铁素体

h’(/+#

世纪

年代以前管线钢所具有的基本组织形态

珠光体钢

k!j,

级以下的管线钢基本是铁素体

少量珠光体钢

通过

l!ji’!i#

一般是铁素体

h^’

等微合金元素的控制

已生产出

!m’R3"#

级的少

珠光体钢

针

$,%

针状铁素体和超低碳贝氏体钢

状铁素体

钢通过微合金化和控

*5358106n966379%

制轧制

综合利用晶粒细化

’

微合金化元素的析出

相与位错亚结构的强化效应

强度级别提高很多

从长远观点看

未来的管线钢

$o%

低碳索氏体钢

将向着更高的强韧化方向发展

如果控制轧制技

术满足不了这种要求

可以采用淬火

回火的热

我处理工艺

通过形成低碳索氏体组织来达到

国管线钢研究起步较晚

到

世纪

年代才相

均为铁素体

继开发出

!ij

以下级别的管线钢

珠光体型

近年来

我国高强度级别管线钢的研究

发展迅速

特别是针状铁素体管线钢已能够批量

西气东输

工程

选用了生产

最近刚刚完工的

促进了国内管线钢的发

!"#

针状铁素体管线钢

展

鞍钢在管线钢研究方面进步很快

已成功开发

出

!"#

针状铁素体管线钢及以下各强度级别的

管线钢

成为

西气东输

工程供货商之一

本文采

用热模拟实验方法

对鞍钢

!"#

针状铁素体管线

钢在不同工艺制度下的微观组织进行了研究

并

对组织分类进行了探讨

实验方法

,Ld

实验材料

王春明

高级工程师

现任鞍钢集团公司办公室主任

$dvsv

年毕业于上海交通大学固体物理专业

&ddw#,d%+

[‘‘[

鞍钢技术

b’$$,

年第

期

实验钢的化学成分如表

所示

采用

转

#$%

经炉外精炼后

浇铸成

’

炉冶炼

&($))*!++$))

连铸坯

再经热连轧机组轧成

!,-.))*!++$))

的卷板

从现场连铸坯上取样进行热模拟实验

试

样尺寸为

/#))*!.))"

采用

012342%’!

型金相

显微镜观察金相组织

采用

567’$$$89

型透射电

子显微镜进行电镜观察

透射电镜所用的金属样

由电火花切割成厚度为品的制备过程如下

再经机械法减薄到

用电

$-’))

的薄片

&$;)

后

解双喷法获得厚度小于

!$$<)

的薄区

所用的电

解液为

抛光电压

电流

高氯酸乙酸溶液

&$>&

#$)?"

表

实验钢化学成分

元素

含量

ABCDGCAH0CD2

$L’’

0?IEJ)

$L!#

A1K

$L,$$L$..$L’$!L+.$L$!,$L$$!’$L$,M$L$’M$L$’!$L!#$L!N$L$$M.$L$+’

注

:OJ)PAQRD@!$QBC@($Q0C@.$Q+UVW1KPAQD<@.QRASQD2Q>T@+QR0CQAHT@!+"

’L’

控轧控冷工艺热模拟实验

为模拟实际热连轧机组控轧控冷工艺过程

在

XI11FI1!+$$

热模拟实验机上进行热模拟实验

在高温区采用三次高温变形

模拟热连轧机组的

粗轧和精轧过程

选取不同的冷却速度进行快冷

并在一定的温度停止快冷

随后以

的冷

L+Y@Z

却速度缓慢冷却至

(

研究其组

$$Y

后空冷至室温

织变化情况

热模拟实验方案见表

’"

表

’

热模拟实验方案

样品号

’

(

加热温度

时间

R@)C

!!+$R,T

形变温度

形变量

@YR=T

第一次

!!$$R,$T

第二次

N$$R(+T

第三次

#’$R($T

’

冷却过程

冷却速度

@Y[Z

停止温度

.$$

++$

+$$

(

实验结果

(L!

光学显微镜下的微观组织

光学显微镜下

9M$

管线钢典型的微观组织如

图

所示

表现为多种类型组织混合存在

主要有

多边形铁素体

]

块状铁素体

]

针状铁素体

]

粒状贝

氏体和珠光体

对光学显微镜下的微观组织定量

分析表明

冷却速度为

’

时

组织中约有

.Y@Z$=

多边形铁素体

]’.-!=

粒状贝氏体

]!(-N=

珠光体

冷却速度为

时

组织及微量的其它组织

V+Y@Z

中约有

’$=

不规则块状铁素体

]+$=

针状铁素体

]

’+=

粒状贝氏体及微量的其它组织

(L’

透射电子显微镜下的微观组织

透射电子显微镜下

9M$

管线钢在不同工艺制

度下的微观组织如图

’

所示

可见

在透射电子显

微镜下可以更仔细地区分各种组织

主要有

等轴

铁素体

多边形铁素体

不规则块状铁素体

或称

]

或称为

D@?

岛以及不规则奥氏体中温转变产物

等

退化珠光体

(L(

工艺参数对微观组织的影响

从图

’

可见

工艺参数对微观组织的影响较

大

终冷温度为

冷却速度为

’

的试样

$$Y]Y@Z

中

较多的是多边形铁素体和少量的不规则块状

铁素体

针状铁素体较少

图

’

同时还可见若干

^T"

尺寸较大的方形析出物

R!$$_’$$<)T"

该类析出

物为脱溶碳

]

氮化合物

图

’

与图

’

中等轴多边

形铁素体较少或几乎未见

该类先形成的铁素体

呈不规则形态

尺寸明显小于图

’

试样中的铁素

准多边形铁素体

板条形铁素体

针状铁素体

T]]

王春明吴杏芳

"#$

管线钢微观组织分析

ACBA

图

光学显微镜下

"#$

管线钢的微观组织

终冷温度

-%&’

冷却速度

()*+,-$).

终冷温度

-%/’

冷却速度

!-)*+,-$)

体

在冷却速度为

的试样中

针状铁素体

-)*+

比例增多

高密度位错存在于针状铁素体中

图

的试样中是以长度为

!(/’0

冷却速度为

1$)*+2

图

(

热变

(34

的针状铁素体为主的组织

%5’0

可见

形工艺相同

终冷温度为

6$$)

的上述三个试样随

冷却速度的提高

组织中多边形铁素体减少

不规

则块状铁素体和针状铁素体增加

终冷温度为

冷却速度分别为

(-$),)*+7

以及

试样的显微组织分别示于图

!-)*+$)*+

图

(

图

(

的试样中

等

(8797:0

在冷却速度为

()*+

轴多边形铁素体尺寸不均匀

较大的直径约

较小的约

;

在铁素体中弥散分布细小的

!$34,340

析出相

析出相尺寸为

(

具有在位错处

$<4

左右

优先成核并与基体保持共格或半共格关系的特点

图

(

和

的试样

%=’0

在冷却速度为

!-)*+$)*+

中

已出现不同程度的针状铁素体

后者试样中针

状铁素体占主导

针状束的宽度明显小于前者

图

中除了显示有宽度为

!(934

以上的针状铁素体

外

还有奥氏体中温分解的类珠光体产物

即在铁

素体中的碳化物并不具有平行与平直的特点

该

分解产物产生的原因不仅是由于低碳

同时也是

由于控冷控轧的特点

也可称作退化型珠光体

图

(

透射电子显微镜下

"#$

管线钢的微观组织

终冷温度

6$$).%5’

冷却速度

1$)*+,$$).%8’

冷却

速度

(

终冷温度

)*+,-$).%9’

冷却速度

!-)*+,

终冷温度

-+,-$).%>’

冷却速度

()*+,$$).%?’

冷却

终冷温度

速度

!-)*+,$$).%@’

冷却速度

1$)*+,

-$$)

终冷温度

6%&’

冷却速度

()*+,$$).%/’

冷却速度

!-)*+,

终冷温度

---$).%:’

冷却速度

1$)*+,-$).%=’

冷却速度

()*

终冷温度为

冷却速度分别为

($$),)*+7

和

试样的显微组织分别示于图

(!-)*+$)*+>7

U_^U

鞍钢技术

a!AA*

年第

期

‘

图

!"#$%

冷却速度对显微组织的影响与前面两

多边形铁组规律完全一致

即随冷却速度的提高

素体量减少

而针状铁素体量增加

这主要是由于

热变形后加速冷却

使奥氏体向铁素体转变的温

度降低

过冷度增加

从而增加了铁素体的形核

率

细化铁素体组织

在抑制奥氏体向铁素体转变

的过程中

增加了向贝氏体型相变的转变

从图

中还发现了呈现不规则形状的黑色块状组织

该

类组织就是被称为

’()

岛的复相结构

%’()

岛的

相

这样对工程应用中的组织分析更为有利

本研

究中典型的针状铁素体在电子显微镜下的形态呈

其内部存在亚结构及高密度的位错

条状

*+!

针状铁素体管线钢的最佳组织

针状铁素体管线钢被称为第二代管线钢

比

第一代的铁素体

珠光体管线钢具有多方面的优

势

它的应力

应变曲线与传统的铁素体

珠光体

管线钢曲线相比有很大区别

其特征是具有连续

屈服现象

这一特性使其具有高的形变强化能力

数量随冷却速度的提高而略有减少

讨论

*+,

关于针状铁素体的概念

如前所述

在光学显微镜下

针状铁素体管线

钢的组织中含有多边形铁素体

块状铁素体

针状

铁素体

粒状贝氏体和珠光体等几种组织

在透射

电子显微镜下

组织中主要有典型的等轴铁素体

不规则块状铁素体

或称准多边形铁素体

板条

形针状铁素体

珠光体

文献中对管线钢中针状铁

素体的定义一直不十分统一

%/012345#67"89

和

/3:2437;5

提出

&’5<’0<=>

针状铁素体钢的组织

是以针状铁素体为基体

带有一定数量的岛状马

氏体和渗碳体组织

还提出针状铁素体是连续冷

却过程中形成的具有高的亚结构和位错密度的非

等轴相

具有切变和扩散混合型相变机制

形成温

度略高于贝氏体

?!@

%!A

世纪

年代初期

日本学

者提出针状铁素体是指光学显微镜下观察到的各

种不规则形状铁素体的混合组织

标以

CDEF%

国

内对此也存在不同认识

有学者认为可将连续冷

却过程中形成的准多边形铁素体

无原奥氏体晶

界的贝氏体铁素体

粒状铁素体及

’()

组元归类

到工程用针状铁素体组织的范畴

还有学者认为

应将管线钢的微观组织简化为铁素体和贝氏体两

大类

而不一一区分各种铁素体

将板条形针状铁

素体归为贝氏体

不规则块状铁素体归为铁素体

以方便工程分析应用

?G@

这些观点在某些方面都

有一定的道理

有待在实践中逐步统一

从我们的

研究实验情况看

笔者认为工程用针状铁素体组

织的界定除了

/012345

等人提出的特点外

还应突

出两大特征

即在光学显微镜下的针状形态和在

电子显微镜下的非等轴相

本研究在光学显微镜

下观察到的针状铁素体即指这种针状形态非等轴

从而可补偿和抵消因包申格效应所引起的强度损

失

具有这一优良特性的原因

被归结于针状铁素

体中存在高密度的可移动的位错

从而易于实现

多滑移

此外

在焊接性能

耐腐蚀性能

低温韧性

等方面

针状铁素体钢管线钢都显示出优良的性

能

针状铁素体钢管线钢所具备的这些优良性能

与其微观组织状况是密切相关的

或者说是由材

料的热变形工艺和冷却制度所决定的

从管线钢的强化分析可知

其强化机制仍符

合

H;11

公式

即

式中

铁素体基体强度

固溶强化

沉淀强化

位错强化

织构强化

细晶强化

从中可见影响其屈服强度的主要因素有

细

晶强化

位错强化

固溶强化和析出强化

针状铁

素体管线钢以针状铁素体组织为特点

是当今高

强韧性管线钢的理想组织之一

针状铁素体钢的

优点是

靠氮化钛析出物和控制轧制来细化奥氏

体晶粒

限制了魏氏组织和粗晶贝氏体的形成

使

钢的韧性极高

?*@

其中细晶强化项可表示为

W,(!

对针状铁素体而言

它的典型微观形态是

板条状的

强化项式中的晶粒直径

可用针状铁

素体板条束尺寸表示

分析本实验数据

针状铁素

体束尺寸

在

XY7

左右

图

,>.&

比例系数

取

,XZ,[,Z,=77

WG(!

之间

?X@

估算

在

!,GZX*[

!XXZB]’I;

范围内

可见

针状铁素体组织的强化

作用十分突出

因此对选择工艺参数而言

以追求

针状铁素体比例最高和尺寸更细化为方向

从本

文实验结果可知

实验钢最终形成的组织为多相

王春明吴杏芳

,-.

管线钢微观组织分析

suts

混合组织

提高冷却速度和降低终冷温度有助于

有文针状铁素体比例的提高

但事物不是绝对的

献认为

管线钢的针状铁素体比例不是越高越好

针状铁素体含量过高

将导致其冲击韧性下降

具

’(

有

#$%

针状铁素体组织的基体强韧性最好

从

我们的实验看

很难达到这么高的比例

在工艺制

化为方向

参考文献

管线钢组织性能焊接行为

西安

陕西科学技术出版

高惠临

社

!*66$!7#899

3:;<=>?@2A!0BC?I?>>BJ?KLF2LJ??FB@?

度设计方面还有潜力可挖

ABO?0;UHMH@=VBP2OS

OJSX?YB?Z4W@5:

:;ROH@P!*6-’!*9

柴慧芬

郭生武等

低碳超低碳微合金化管线钢显微组

冯耀荣

材料导报

织的研究进展

43..3!’!68*3

结论

)*+,-.

管线钢的微观组织表现为多种类型

混合组织

主要有多边形铁素体

块状铁素体

针

状铁素体

粒状贝氏体和珠光体

电子显微镜下还

可以更仔细区分各种组织

并观察到

退

岛

化珠光体等

)3+

各种类型组织的比例随热变形工艺的不

同而变化

针状铁素体的比例随热变形后的冷却

速度的提高和终冷温度的降低而提高

在实际工

作中

应以追求针状铁素体比例最高和尺寸更细

凌平

邓澄等

管线钢品种开发与生产技术

钢铁钒钛

徐勇

*663!9!$$8’9

于浩

王克鲁等

4:LA

低碳钢薄板组织演变及强化机理

康永林

研究

钢铁

!3..7!*!3.83’

’4H@H@]H4^:;@J>;<BO^4W@J?>@HJB;@H<

0?JH

编辑

)

袁晓青

收稿日期

53..9a.-a7.

‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘

上接第

3).

页

得了突破性进展

线钢热轧卷板先后中标国内近

目前已逐渐形成

条重点管线工

938,-.

系

尤其是独家中标全长约

程

!’..]R

的中国西南

成品油管线工程

鞍钢热轧带钢厂批量生产出

3..383..9

年

)$b’8*3b$+RRc)6..8*9#.+RRcd

高韧性管

线钢

热轧卷板约

*’.)F9*$/F9*$0e+’

万

根

鞍钢

据各管线工程项目部的安排

!’.)F9*$/

管线钢热轧卷板发往中油和中石化有关

F9*$0e+

骨干制管厂

制成

)f9$-8f#*7+RRc)$b’8

且

,’.*3b$+RRcg

规格的螺旋缝埋弧焊钢管

管线钢钢管实物质量达到了

)F9*$/F9*$0e+

和

hUe16-**b*a*666i/hUe16-**b3a*666i

相应管道工程螺旋缝埋弧焊钢管技术规格书

的

要求

并已成功应用于上述管道工程

先后批量生产

列管线钢产品

!’.8,-.

管线钢

热轧卷板约

其实物质量达到国际同类产

万

品的先进水平

鞍钢

,’.

热轧卷板采用

:S0@S_QSl

系少珠

光体钢设计

工艺采用纯净钢冶炼连铸技术和热

高韧性

尤其机械轧制技术

其产品具有高强度

是具有良好的低温韧性和焊接性能

实物质量满

足石油天然气输送管道用钢的使用要求

已成功

应用于国内近

条管线工程

参考文献

)7+

董玉华等

管线钢的发展趋势与展望

焊管

高惠临

!*666!l33

3FBGUG;mGH@!nH@TIG@RB@T!nH@ToGQB@40;>>BMB;@ne4AHMJ

结语

鞍钢

九五

和

十五

期间大规模技术改造的

成功

大幅度提高了鞍钢冶炼

炉外精炼

连铸

产品的竞争力

轧钢综合技术水平和装备水平

明显提高

鞍钢高钢级管线钢热轧卷板开发取

3..3

年

H@=IGJG>?p?Y?<;OR?@J;NKLF2LJ??

e?BrB@T50?JH<TBDHPA>?!**8*6

铌在钢中物理冶金基本原理

铌

科学与

72@JC;@PE4p?H>=;4

技术

北京

冶金工业出版社

!3..7!3-*87*7

编辑

)

袁晓青

收稿日期

53..9a.$a39