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管线用TMCP工艺加工钢板的显微组织细化和析出特性摘要:在OJSCМagnitogorskМagnitogorsk钢厂5000轧机上研究了控制轧制和加速冷却(TMCP)工艺参数对厚度大于等于25mm的钢板显微组织和机械性能的影响。证实了为了获得DWTT性能,无粗大的板条贝氏体延伸区的细晶铁素体-奥氏体显微组织的形成的必要性。定义了轧制和附加回火过程中析出条件和小于10nm的Nb(C,N)和(Nb,V)(C,N)粒子的类型。Keywords:microalloying;microstructure;acceleratedcooling;precipitation关键词:微合金;显微组织;加速冷却;析出1、引言工作压力为11.8MPa的新管线钢项目要求APIX70等级厚板厚度增至25mm,并具有高冲击韧性(KCV-20℃≥200J/sm2)和DWTT性能(SA(-20℃)≥90%)。为了获得细晶铁素体-贝氏体显微组织,通过TMCP工艺生产出现代管线钢。厚板生产以晶粒细化、奥氏体化以及加速冷却的必要性为特征。板坯尺寸增加(多长度)有助于提供轧机生产率,但是载荷也增加了。强加速冷却之后,析出硬化效率受到限制。研究目的在于:(1)假定DWTT性能(SA(-20℃)≥90%)受到粗轧阶段轧机变形能力限制的情况下,钢显微组织形成的可能性;(2)根据轧制后较低冷却速率和后续堆冷,评判铁素体中(Nb,V)(C,N)粒子析出的可能性和析出类型。2、相变采用结果模拟TMCP的制度,在膨胀计(BAHR-805)上进行了变形奥氏体连续冷却相变研究。使用化学成分为0.07%C、1.6%Mn、0.20%Ni、0.20%Cu、0.06%V、0.07%Nb的实验室冶炼X70钢。按照下列步骤对试样(d=6mmх10mm)进行处理:加热至1200℃(时间≈300s);1050℃和850℃时变形ε=15-20%;以0.5℃/s~50℃/s的速率冷却。对试样进行了不变形,速率为0.5℃/s~300℃/s的冷却试验。CCT图表明,热变形加速铁素体相变并扩大贝氏体相变面积(图1)。冷却速率超过添加Ni-Cu、高Nb的X70钢显微组织由贝氏体组成贝氏体1.0℃/s、终冷温度低于或≈620℃;珠光体相变被延迟至冷却速率≤2℃/s时。图1添加Ni+Cu、高NbX70等级钢CCT图实线—变形影响下的相变;虚线—无变形影响下的相变3、工业试验OJSC"Мagnitogorsk钢厂(俄罗斯)生产出厚度为26.4mm、内压为11.8MPa、直径为1220mmK60(X70)级别管线钢。使用两种碳含量和添加物(Ni,Cu)不同的钢的变体(表1)。表1钢的化学成分(Wt,%)化学成分CSiMnSPN2其它元素碳当量A0.07-0.100.15-0.301.50-1.70≤0.003≤0.01≤0.007Ni,Ti,Nb,V,Ni,Cu0.41B0.05-0.080.15-0.301.50-1.70≤0.003≤0.01≤0.007Ni,Cu,Ti,Nb,V0.40在350tBOF转炉中生产出试验钢,并进行后续钢包冶金处理和连续浇注。在“5000”4-Hi-stand轧机上进行,关键技术参数有变化。对钢板进行堆冷。根据必要性选择再加热温度,以转移固溶体中Nb并防止晶粒粗化。再加热温度在≈30-40℃范围内变化。钢的中厚度超过钢板的最终厚度的5-6倍。在γ单相区设置终轧温度,温度范围为≈40℃。从单向奥氏体区进行了加速冷却(AC),在≈550℃~≈610℃范围内变化。冷却速率在≈12~22oC/s之间变化。根据标准方法,使用从双倍长度钢板的中部切取的试样横向试样,评判了钢的机械性能。使用全尺寸DWTT试样(API5L3)。借助于光学显微镜、分析了TMCP工艺对具有A化学成分的钢板(A钢)的机械性能的影响。钢板在相当大的Th、FRT和CST范围内均具有高抗拉性能(YS≈550-570MPa;TS≈640-660MPa)和优良的对采用不同的TMCP工艺生产的A钢钢板试样中Nb(C,N)和(Nb,V)(C,N)粒子析出进行了研究:钢板-1(FRT≈820℃;CST≈560℃;CR≥18℃/s);钢板-2(FRT≈780℃;CST≈600℃;CR≤16℃/s)。通过TEM观测手段,揭示了两种试样中Nb(C,N)析出物:(1)大约100纳米(小至600纳米)(~0.1-0.6);和(2)小于10纳米(图5)。≈100(to600纳米)的较大颗粒可能在粗轧阶段结束时和中间冷却过程中析出并长大。最大尺寸为10纳米的析出物以有规律的间距排列,未与铁素体晶界相连。位于原奥氏体晶粒区域的相邻铁素体晶粒有着相等的方向。析出物平均尺寸为:从钢板-1切取的试样中,小于等于≈10微米(图5a),从钢板-2切取的试样中,大约5纳米(图5b)。来自钢板-1的试样中析出物的体积分数大于来自钢板-2的试样。图5TEM、碳氮化物反射暗场形貌。尺寸小于等于10纳米的Nb(C,N)和(Nb,V)(C,N)的析出TMCP后在600℃的温度下回火(持续一个小时)。回火后显示出大量尺寸为大约2-5微米的(Nb,V)(C,N)析出物。析出物以短链形式在铁素体晶粒中以有规律的间距排列。颗粒与B-N型铁素体有关,这证实它们在铁素体中形成。在一些情况下,铁素体中析出现象主要出现在晶格缺陷中,不影响小颗粒的的尺寸和排列,这些小颗粒在变形的影响下,较早在奥氏体中析出(图5c)。6、讨论(1)由于不完全奥氏体再结晶,粗轧结束时的有限变形会引起非均匀晶粒的形成。终轧后粗奥氏体晶粒每体积单位总相界面积、参数Sv、铁素体晶粒成核位置定义数量都小于细晶粒。加速冷却过程中,粗晶粒(低Sv)转移到板条贝氏体区域而不是准多边形和针状铁素体区域。这种组分对DWTT性能产生不利的影响。(2)小于等于10纳米的小颗粒能够在终轧阶段和加速冷却之前,即在与亚微米尺寸粒子相比低得多的温度时,在奥氏体中析出。在相当高的温度轧制、较大的压下量、延长加速冷却增加析出物尺寸和体积比(钢板-1比钢板-2)。即使在相当低的冷却速率和高终冷温度下进行TMCP处理后,仍有相当一部分Nb留在固溶体中。7、结论(1)通过添加Ni,Ni+Cu,提高Nb含量,可使经济合金化TMCP钢(CE(IIW)≤0.40%)获得铁素体-贝氏体显微组织。(2)原奥氏体晶粒晶界中形成的

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