(国际低合金会议论文01)管线用TMCP工艺加工钢板的显微组织细化和析出特性

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