婁軍魁等

摘 要：在合金成本最低管線鋼X65鋼種上進(jìn)行2次不同加熱工藝和冷卻工藝試驗，結(jié)果顯示力學(xué)和工藝性能出現(xiàn)不合格的問題。文章對比不同工藝條件下的性能及微觀組織，分析不同工藝對管線鋼X65的影響原因。摸索管線鋼X65軋制工序工藝的合理控制區(qū)間，制定最優(yōu)、最合理的工藝控制規(guī)程，結(jié)果顯示強(qiáng)度具有一定富余量，-20 ℃沖擊功趨于穩(wěn)定平均達(dá)到210 J，性能合格率達(dá)到100%。

關(guān)鍵詞：管線鋼；性能；加熱工藝；冷卻工藝

中圖分類號：TG142.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0089-02

管線鋼是一種綜合性鋼種，涵蓋多個強(qiáng)度等級、質(zhì)量等級及多個特殊用途，如強(qiáng)度級別方面包括B級到X120級，特殊用途方面包括抗大變形管線鋼、抗酸管線鋼，海底管線鋼等。

安鋼堅持低成本運(yùn)行戰(zhàn)略，對X65級別管線鋼進(jìn)行了成分優(yōu)化，試驗在不同加熱工藝及冷卻工藝對該成分體系下X65產(chǎn)品性能的影響，結(jié)果該試驗條件下X65管線鋼的抗拉強(qiáng)度和沖擊功均出現(xiàn)了不合格現(xiàn)象。為了摸索出低成本管線鋼X65的加熱及冷卻工藝的合理控制區(qū)間，對性能不合格的X65管線鋼進(jìn)行了原因分析，制定合理的加熱及冷卻工藝。

1 試驗條件

為了降低生產(chǎn)成本，對X65級別管線鋼進(jìn)行了成分優(yōu)化，其具體成分控制，見表1。

對比不同加熱工藝和冷卻工藝對X65管線鋼性能的影響，在保證其他工藝因素不變的條件下，進(jìn)行3次工藝試驗，每次軋制10批，見表2。

三次工藝試驗的X65的性能，見表3，表3包括第一次試驗的拉伸性能和第二次試驗的夏比沖擊性能。

根據(jù)表3所知，第一次軋制試驗的10批，屈服強(qiáng)度能夠滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，但抗拉強(qiáng)度存在不合格問題，且最高值僅為578 MPa，富余量不足。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求-20 ℃沖擊功要大于160 J，但第二次試驗的沖擊檢驗結(jié)果均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 結(jié)果分析

按照不同工藝進(jìn)行2次軋制試驗，2次試驗結(jié)果均存在性能不合問題。第一次軋制試驗，區(qū)別在于終冷溫度控制，其結(jié)果造成5批抗拉強(qiáng)度不合，性能合格率僅為50%。第二次軋制試驗，同第一試驗區(qū)別在于加熱溫度過高，導(dǎo)致5批沖擊功均不合格。對于這種情況，從加熱溫度和終冷溫度兩種工藝進(jìn)行分析，對于軋制工藝不作過多分析。

2.1 沖擊不合原因分析

根據(jù)第2次試驗工藝及檢驗結(jié)果顯示，沖擊功不合的工藝區(qū)別加熱溫度過高。針對這一懷疑，我們對沖擊功合格和沖擊不合格（不同加熱工藝）的樣品進(jìn)行顯微組織檢驗及晶粒度評級。沖擊功合格的晶粒度達(dá)到11級，而沖擊功不合格的晶粒度為10級左右，相差1個級別，組織照片，如圖1所示。

由圖1可知，2張顯微組織照片存在明顯差異，圖1（a）組織較為粗大，圖1（b）組織較為細(xì)小、均勻。根據(jù)上述分析認(rèn)為，導(dǎo)致該批X65沖擊性能不合格的根本原因在于加熱溫度過高導(dǎo)致原始奧氏體晶粒過于粗大。

板坯進(jìn)行加熱，目的是提高鋼的塑性，降低變形抗力及改善金屬內(nèi)部組織和性能，便于軋制加工。[1]

一般將鋼加熱到奧氏體單相固溶體組織的溫度范圍內(nèi)，并使其具有較高的溫度和足夠的時間以均勻化組織及溶解碳化物，從而得到塑性高、變形抗力低、加工性能好的金屬組織。

為了降低變形抗力和提高塑性，加熱溫度盡量高。但是高溫的加熱制度可能引起鋼的強(qiáng)烈氧化、脫碳、過熱、過燒等缺陷，降低鋼的質(zhì)量缺陷，因此鋼的加熱制度的制訂應(yīng)根據(jù)鋼的組織特性和生產(chǎn)工藝要求。

對于X65加熱制度主要考慮兩方面因素。一方面要考慮Nb微合金元素碳氮化物充分固溶，另一方面防止晶粒過分長大。由于氮與碳的比例對奧氏體及鈮的碳氮化合物是類似的，鈮的碳化物和鈮的氮化物相互溶解，其碳當(dāng)量為C+（12/14）N。[2]

根據(jù)鈮在碳錳鋼中的一般溶解度關(guān)系式，測算繪出的曲線圖，大概查出本鋼種的微合金元素碳氮化合物的溶解溫度在1 200 ℃。

因此考慮爐溫與實際板坯實際溫度存在一定偏差，以及設(shè)備能力加熱溫度不能低于1 240 ℃，加熱溫度上限根據(jù)試驗結(jié)果，不應(yīng)超1 290 ℃。

2.2 強(qiáng)度不合原因分析

根據(jù)第1次軋制試驗結(jié)果顯示，共試驗10批，其中5批抗拉強(qiáng)度不合，與之對應(yīng)的工藝終冷溫度偏高。

根據(jù)類似鋼種的CCT曲線圖，試驗鋼在10 ℃/s的冷卻條件下600 ℃左右剛開始向針狀鐵素體轉(zhuǎn)變，考慮試驗鋼軋制結(jié)束到層流冷卻前會析出先共析鐵素體，剩余奧氏體在后續(xù)冷卻過程中形成針狀鐵素體，由于軟相比例相對較多是因其強(qiáng)度不合的主要原因，因此為了提高該鋼種的強(qiáng)度應(yīng)該降低終冷溫度，使之在室溫下得到少量多邊形鐵素體，更多的針狀鐵素體和粒狀貝氏體的混合組織，以提高強(qiáng)度。

3 改進(jìn)措施及效果

根據(jù)夏比沖擊不合和強(qiáng)度不合原因分析得出，沖擊不合根本原因在于加熱溫度偏高所致，強(qiáng)度不合的根本原因在于終冷溫度偏高所致。根據(jù)試驗結(jié)果、理論分析及生產(chǎn)經(jīng)驗，對加熱溫度和終冷溫度進(jìn)行調(diào)整。加熱溫度控制在1 250～1 280 ℃，終冷溫度控制在460～500 ℃之間，并對后續(xù)生產(chǎn)的X65性能進(jìn)行改進(jìn)跟蹤，性能合格率達(dá)到100%。

4 結(jié) 語

①管線鋼X65沖擊不合根本原因在于加熱溫度過高，原始奧氏體晶粒過分長大。

②管線鋼X65抗拉強(qiáng)度不合根本原因在于終冷溫度偏高，室溫組織硬相比例偏小。

③微合金元素碳氮化合物的固溶溫度曲線是制定加熱工藝的主要依據(jù)，CCT曲線是制定冷卻工藝的主要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王廷薄，齊克敏.金屬塑性加工學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2] 王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.