低碳高铌金设计在高等级管线钢生产中的理论和技术.doc

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1、低碳高铌合金设计在高等级管线钢生产中的理论与技术刘清友贾书君汪兵陈红桔(钢铁研究总院，北京100081)摘要本文研究了低碳高铌合金设计管线钢的奥氏体化行为、再结晶行为、相变行为、焊接性能，以及影响高钢级、厚规格管线钢韧性、特别是DWTT的主要因素等。研究结果表明，0.03C-0.10Nb钢在1180℃加热可保证Nb充分溶解；较高的Nb含量可有效抑制变形奥氏体再结晶且对再结晶奥氏体晶粒长大有明显的抑制作用，细化再结晶奥氏体晶粒尺寸，为精轧后变形奥氏体的充分扁平化创造有利条件，进而可获得充分细化的针状铁素体组织，实现钢的高强、高韧化。引言为满足

2、管线设计不断发展的要求，在过去近40年里，冶金和轧制技术的高速发展和低成本、高性能化生产目标的实施使管线钢的合金化设计也发生了很大的变化。管线钢合金设计的最终目标是实现两种基本的组织类型，这两种组织的钢是目前世界范围内API标准管线钢商业化生产的基础，它们是铁素体/珠光体钢和铁素体/针状铁素体钢。针状铁素体也被定义为由晶内形核产生的低碳贝氏体。近年来发展的高钢级管线钢X100、X120又出现了第三种组织类型，这种组织是在针状铁素体基体上＋含有少量马氏体的其它形式的贝氏体组织而构成。较高强度的X70及其以上的高钢级管线钢的合金设计，或为补偿轧

3、机能力而进行的X65钢级的合金设计都是以微合金化的C-Mn-Si钢为基础，同时添加少量的Cu、Ni、Cr等元素（即可单独添加，也可复合添加），再添加少量Mo而进行合金设计的。Mo合金化与合适的轧制、冷却工艺结合可获得铁素体/针状铁素体组织。在无Mo合金化情况下，通过添加总量最大达0.11%Nb也可获得该组织，因此，高铌合金化广受关注并在高等级针状铁素体管线钢生产中的应用越来越广泛。1.高Nb设计及实践目前我国厚规格X80管线钢板/带的生产普遍采用低碳高Nb合金化设计。早期的低碳高Nb钢是和HTP（HighTemperatureProcess

4、ing）工艺联系在一起的，目的是为了解决北美地区等一些轧机能力小的钢厂生产高强度管线钢的问题，即通过提高钢中Nb含量至0.08%-0.12%，显著提高奥氏体未再结晶温度，从而保证较高的轧制温度变形仍可实现未再结晶区控轧，以此减少精轧阶段的轧制负荷。图1给出了不同的微合金元素对奥氏体再结晶终止温度的影响，可见Nb对奥氏体再结晶阻止作用最明显，提高Nb含量可显著提高再结晶终止温度。然而，随着现代轧机轧制能力的提高，使得在较低的温度下实施精轧成为可能，通过高Nb以减小轧机负荷已不像早期那样显得重要，而且为了在厚规格管线钢中获得固溶量/原子%奥氏体

5、再结晶终止温度/℃较高的强韧性，常常是既采用高Nb设计又采用低温轧制，现代的低碳高Nb技术已和早期的HTP有了很大的差异。图1奥氏体再结晶终止温度与固溶Nb含量（原子百分比）的关系现代低碳高Nb技术更为注重Nb对奥氏体→针状铁素体/贝氏体相变的促进作用。已有的研究表明，固溶于奥氏体中的Nb能够推迟多边形铁素体相变，促进针状铁素体/贝氏体组织的形成，从而在无Mo或低Mo条件下就可能获得优异强韧性配合的针状铁素体/贝氏体组织，这对于降低钢材成本具有重要的意义。图2给出了三种不同Nb含量试验钢（0.056％Nb钢、0.12％Nb钢和0.057％N

6、b+0.23％Mo钢）变形奥氏体的连续冷却转变曲线及冷速为10℃/s时获得的微观组织。由CCT曲线可见，0.056Nb钢即使在试验所采用的最高冷速条件下（50℃/s）也不能获得全部针状铁素体/贝氏体组织，而提高Nb含量至0.12%，当冷速大于1.5℃/s即可获得百分之百的针状铁素体/贝氏体组织，提高Nb含量对于针状铁素体/贝氏体相变的促进作用是非常明显的；0.057Nb+0.23Mo钢获得(a)(b)(c)图2三种试验钢变形奥氏体的连续冷却转变曲线（奥氏体化条件：1200℃等温5min；变形条件：850℃，40%压下量）(a)0.056Nb

7、钢，0.04C-0.26Si-1.65Mn-0.056Nb-0.014Ti;(b)0.12Nb钢，0.034C-0.17Si-1.80Mn-0.12Nb-0.12Ti;(c)0.057Nb-0.23Mo钢,0.062C-0.25Si-1.53Mn-0.057Nb-0.019Ti-0.23Mo全部针状铁素体/贝氏体组织的最低冷速为1℃/s，略低于0.12Nb钢，但考虑到前者实际碳含量较高，而碳对于推迟多边形铁素体相变亦有一定作用，由此可以认为0.12Nb对于促进针状铁素体/贝氏体相变的作用与0.057Nb+0.23Mo大体相当。比较不同钢的显

8、微组织，可见0.056Nb钢主要为多边形铁素体，另外包含少量准多边形铁素体；而0.12Nb钢和0.057Nb+0.23Mo钢的显微组织均为针状铁素体/贝氏体。由图2CCT曲线还可