低碳微合金化管線鋼的組織性能控制.pdf

1、近年來，以“西氣東輸”為代表的我國石油天然氣工業(yè)迎來了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，對(duì)石油用鋼提出了高強(qiáng)度、高韌性和抗硫化氫性能的要求。在我國，雖然石油用鋼的研制生產(chǎn)已經(jīng)十幾年，但產(chǎn)品的組織性能仍與國際先進(jìn)水平存在著較大的差距。在高性能管線鋼的合金成分設(shè)計(jì)，軋制過程中奧氏體訶節(jié)的控制，軋后冷卻過程的組織演變及化學(xué)成分對(duì)抗硫化氫性能的影響等方面，還有許多問題尚未得到有效解決。因此，針對(duì)上述問題，對(duì)低碳微合金化管線鋼的生產(chǎn)技術(shù)特別是組織性能的控制技術(shù)

2、展開深入細(xì)致的研究，對(duì)高性能管線鋼的減量化工業(yè)化生產(chǎn)具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文結(jié)合“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”課題和遼寧省科技攻關(guān)項(xiàng)目“抗硫化氫管線鋼的開發(fā)”，采用實(shí)驗(yàn)理論研究與工業(yè)化實(shí)踐相結(jié)合的方法，對(duì)低碳微合金化管線鋼組織性能控制的關(guān)鍵問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，在本鋼傳統(tǒng)流程生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了西氣東輸用X70針狀鐵素體管線鋼批量工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)期成果。本文的主要工作和研究成果如下： (1)針對(duì)本鋼1700熱連軋機(jī)組軋制

3、強(qiáng)度較低的設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)低碳微合金化鋼奧氏體變形與再結(jié)晶過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。確定了變形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶及應(yīng)變誘導(dǎo)析出等物理冶金過程的影響因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，靜態(tài)再結(jié)晶是低碳微合金化鋼奧氏體晶粒細(xì)化的主要機(jī)制。應(yīng)變誘導(dǎo)析出最短孕育時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度為925℃。在此溫度以下，靜態(tài)再結(jié)晶受到明顯地抑制。鉬含量和奧氏體化溫度的提高，促進(jìn)了應(yīng)變誘導(dǎo)析出、提高了再結(jié)晶激活能抑制了再結(jié)晶過程。多道次變形淬火組織觀察表明，在未再結(jié)晶溫度以上，通過

4、多道次再結(jié)晶控制軋制能夠獲得10 μ m左右細(xì)小的奧氏體晶粒。 (2)采用組織觀察和膨脹法對(duì)低碳微合金化鋼過冷奧氏體分解過程中的組織演變進(jìn)行了研究，建立了完整的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(TTT)和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(CCT)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低碳微合金化鋼多邊形鐵素體和貝氏體鐵素體轉(zhuǎn)變溫度之間存在著明顯的非等軸鐵素體轉(zhuǎn)變，其組織特征為無明顯鐵素體邊界，在非等軸鐵素體內(nèi)部存在無規(guī)則或有方向性排列的島狀組織，它是由在連續(xù)冷卻過程中由首

5、先發(fā)生塊狀轉(zhuǎn)變形成的準(zhǔn)多邊形鐵素體和隨后發(fā)生擴(kuò)散與切變型貝氏體轉(zhuǎn)變形成的粒狀鐵素體、貝氏體鐵素體組成的混合組織。變形顯著地提高了相變開始溫度，促進(jìn)了等軸鐵素體轉(zhuǎn)變，提高了非等軸鐵素體臨界冷卻速度。 變形對(duì)非等軸鐵素體相變結(jié)束點(diǎn)影響較小，說明變形促進(jìn)非等軸鐵素體的形核，但對(duì)長大過程影響不大。碳含量的降低，促進(jìn)了塊狀鐵素體轉(zhuǎn)變，提高了相變開始溫度。鉬含量的添加，推遲了多變形鐵素體轉(zhuǎn)變，增加了貝氏體鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)與多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)分離

6、程度，促進(jìn)了塊狀鐵素體轉(zhuǎn)變。綜合兩者的作用，在層流冷卻能辦較低的熱連軋生產(chǎn)線上能夠更容易地獲得非等軸鐵素體。 (3)以不同商用低碳微合金化管線鋼為研究對(duì)象，針對(duì)硫含量對(duì)抗硫化氫腐蝕性能影響進(jìn)行研究，確定工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的硫含量。研究結(jié)果表明，S含量大于0.005％時(shí)，易形成長條狀的MnS夾雜將使材料的抗HIC性能急劇惡化，無法滿足NACE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管線鋼抗HIC開裂性能的要求，并且隨著腐蝕浸泡時(shí)間的延長，氫致裂紋將發(fā)生長大、擴(kuò)展和合并

7、。在實(shí)驗(yàn)條件下，硫含量對(duì)抗SSC開裂性能影響不明顯，而材料的位錯(cuò)密度是影響抗SSC開裂性能的主要因素。因此，在工業(yè)化生產(chǎn)中，可將硫含量控制在0.005％以下，實(shí)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)的減量化。 (4)在前幾部分工作的基礎(chǔ)上，在本鋼傳統(tǒng)流程生產(chǎn)線上進(jìn)行X70針狀鐵素體管線鋼純凈化冶煉工藝、控制軋制控制冷卻工藝以及制管性能的研究，實(shí)現(xiàn)了X70管線鋼大規(guī)模減量化的工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)化實(shí)踐表明：采用純凈化冶煉工藝能夠獲得低的S、P、O、N含量和細(xì)小的少