针状铁素体钢的性能和显微组织

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1、控轧低C-Mn-Mo-Nb针状铁素体钢的性能和显微组织付俊岩、东涛等摘要：本文专门讨论了低C-Mn-Mo-Nb针状铁素体钢的组织形态及其结构的特征，并阐明了主要控轧工艺因素对钢的组织和性能的影响。关键词：针状铁素体，组织，性能1前言微合金化和控制轧制技术的发展为生产高强度、高韧性、良好可焊性和成形性的结构钢提供了极其广阔的发展领域。七十年代初，为适应高寒地带大口径石油天然气输送管线工程对材料高强度、低温韧性、可焊性等综合性能不断增长的要求，在Mn-Nb系HSLA钢的基础上，降碳（≤0.06%C）提锰（>1.6%Mn）加钼(0.15~0.54%Mo)，发展了X-70级低C-Mn-M

2、o-Nb系针状铁素体钢[1][2](AF)。这种针状铁素体钢控轧状态的屈服强度可达470-530MPa，夏氏V型缺口冲击平台[3]能可达165J，50%剪切断口的脆性转折温度（FATT）可低于-60℃以下。针状铁素体钢比常规铁素体珠光体钢优越的另一个主要特点，是在制管成型过程中有较大的加工硬化特性，可抵消包申格效应引起强度的损失，这对高强度厚壁大口径管线用U-O-E和螺旋焊管的制造[1~4]是很重要的。X-70低C-Mn-Mo-Nb钢的最佳性能是通过合金成分的合理设计和最佳控轧工艺参量的选择，利用轧制过程中的晶粒细化、相变和位错强化、固溶强化、沉淀强化、亚晶强化等机制，按预期要求

3、的方向发展而获得的。关于合金元素的作用及控制轧制工艺提高钢材强韧性[3~7][8]的机制，已有许多文章报导。在本文作者的另一项工作中，也进行了系统的研究，确认采用Ⅱ型控轧低C-Mn-Mo-Nb钢可得到理想的强韧性配合，σs≥550MPa，vTrs<-100℃，而且性能对加工条件不敏感。本文以研制X-70壁厚小于12.7mm，高韧性螺旋焊管线用热轧带钢为目标，就控轧低C-Mn-Mo-Nb针状铁素体钢性能和显微组织结构进行了研究，以探讨性能-组织-工艺之间的内在关系。2试验准备试验用钢化学成分见表1。用100KW中频感应电炉非真空冶炼。试验的准备和加工条件见图1。试验轧机ф300，轧

4、制速度45米/分。表1、试验用钢化学成分（%）钢号CSiMnPSMo钢1#0.050.181.87<0.0050.0080.18钢2#0.050.151.60<0.0050.0080.42钢3#0.050.151.61<0.0050.0070.371NbAlNTiCeq※Pcm※※0.05———0.3960.11650.050.070.005—0.400.15850.110.080.0050.0050.390.1551MnCr+Mo+VNi+Cu[注]※碳当量Ceq=C+++b515※※焊接裂纹敏感指数Mn+Cu+CrSiVMoNiPcm=C++++++5B2030101560图

5、1、轧制工艺条件示意图制度A为普通轧制，其加热温度和开轧温度较高，终轧温度980℃处于奥氏体再结晶温[7][9]度以上。B制度均属于Ⅱ型控轧，终轧温度800℃，但冷却方式不同。B1为轧后空冷。B2为轧后水淬2秒冷至620℃左右空冷，称做中间淬火处理。B3为模拟热连轧带钢实际生产过程层流冷却及随后卷取的生产条件，在轧后加速冷却后，随即装入580℃等温炉中保持1~4小时，出炉空冷，称之模拟卷取处理。C制度的终轧温度为730℃，低于Ar3相变点，为（γ+α）两相区控轧的模拟卷取处理。从钢板取纵向试样做拉伸试验，取横向夏比V型缺口冲击试样，在20~-100℃不同温度下进行冲击试验，以检验

6、钢的综合力学性能。应用光学显微镜，扫描电镜、透射电镜（复型和金属薄膜）对钢的显微组织进行观察2和结构分析。X射线衍射仪测定钢中残余奥氏体量。3结果和讨论3．1力学性能图2为各试验钢号在不同控轧工艺状态下的力学性能。由图可见，低Mo的钢1#除在A、[2]B1制度下的屈服强度低于API5LX70级管线钢的标准（最低屈服强度为483MPa）外，均有较好的强韧性。在Ⅱ型控轧模拟卷取的状态下（B3），-40℃的横向夏比V型缺口冲击韧性有所改善，具有最好的强韧配合：σs≥588MPa，δs=20%，Cv-40℃≥80J，vT40J<-100℃。而高Mo的钢2#和钢3#，在Ⅱ型控轧自然冷却的状

7、态下（B1）就可获得较好的强韧配合：σs>550MPa，δ≥23%，Cv-40℃=130J，vT40J<-100℃。按标准要求有较大的余量。图2试验钢种在不同轧制工艺条件下的力学性能3．2显微组织应用光学显微镜，扫描电镜和透射电镜及X射线衍射仪对各试验钢号在不同控轧工艺状态下显微组织进行了观察和结构分析。(1)组织的组成组织观察表明，各试验钢号在不同控轧工艺条件下的组织组成均为针状铁素体（AF）、多边形铁素体（PF）和少量的贝氏体（B）、马氏体或马氏体-奥氏体（M-A）岛状第二相