2024年8月9日发(作者：房问筠)
鞍钢技术
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管线钢微观组织分析
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王春明吴杏芳
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管线钢显微组织针状铁素体
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M # N 加热温度 @Y 时间 R@)C !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T 形变温度 @ 形变量 @YR=T 第一次 !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T 第二次 N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T 第三次 #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T ’ !+ ($ ’ !+ ($ ’ !+ ($ 冷却过程 ! 冷却速度 @Y[Z 停止温度 @Y .$$ .$$ .$$ ++$ ++$ ++$ +$$ +$$ +$$ ( 实验结果 (L! 光学显微镜下的微观组织 光学显微镜下 9M$ 管线钢典型的微观组织如 图 ! 所示 " 表现为多种类型组织混合存在 " 主要有 多边形铁素体 ] 块状铁素体 ] 针状铁素体 ] 粒状贝 氏体和珠光体 " 对光学显微镜下的微观组织定量 分析表明 & 冷却速度为 ’ 时 & 组织中约有 .Y@Z$= 多边形铁素体 ]’.-!= 粒状贝氏体 ]!(-N= 珠光体 冷却速度为 ! 时 & 组织及微量的其它组织 V+Y@Z 中约有 ’$= 不规则块状铁素体 ]+$= 针状铁素体 ] ’+= 粒状贝氏体及微量的其它组织 " (L’ 透射电子显微镜下的微观组织 透射电子显微镜下 9M$ 管线钢在不同工艺制 度下的微观组织如图 ’ 所示 " 可见 & 在透射电子显 微镜下可以更仔细地区分各种组织 " 主要有 : 等轴 铁素体 R 多边形铁素体 T 不规则块状铁素体 R 或称 ] 或称为 D@? 岛以及不规则奥氏体中温转变产物 R 等 " 退化珠光体 T (L( 工艺参数对微观组织的影响 从图 ’ 可见 & 工艺参数对微观组织的影响较 大 " 终冷温度为 . 冷却速度为 ’ 的试样 $$Y]Y@Z 中 & 较多的是多边形铁素体和少量的不规则块状 铁素体 & 针状铁素体较少 R 图 ’ 同时还可见若干 ^T" 尺寸较大的方形析出物 R!$$_’$$<)T" 该类析出 物为脱溶碳 ] 氮化合物 " 图 ’ 与图 ’ 中等轴多边 FJ 形铁素体较少或几乎未见 & 该类先形成的铁素体 呈不规则形态 & 尺寸明显小于图 ’ 试样中的铁素 ^ 准多边形铁素体 T 板条形铁素体 R 针状铁素体 T]] 王春明吴杏芳 "#$ 管线钢微观组织分析 ACBA 图 ! 光学显微镜下 "#$ 管线钢的微观组织 终冷温度 -%&’ 冷却速度 ()*+,-$). 终冷温度 -%/’ 冷却速度 !-)*+,-$) 体 0 在冷却速度为 ! 的试样中 , 针状铁素体 -)*+ 比例增多 , 高密度位错存在于针状铁素体中 % 图 的试样中是以长度为 !(/’0 冷却速度为 1$)*+2 图 ( 热变 (34 的针状铁素体为主的组织 %5’0 可见 , 形工艺相同 , 终冷温度为 6$$) 的上述三个试样随 冷却速度的提高 , 组织中多边形铁素体减少 , 不规 则块状铁素体和针状铁素体增加 0 终冷温度为 - 冷却速度分别为 (-$),)*+7 以及 1 试样的显微组织分别示于图 !-)*+$)*+ 图 ( 图 ( 的试样中 , 等 (8797:0 在冷却速度为 ()*+ 轴多边形铁素体尺寸不均匀 , 较大的直径约 较小的约 ; 在铁素体中弥散分布细小的 !$34,340 析出相 , 析出相尺寸为 ( 具有在位错处 $<4 左右 , 优先成核并与基体保持共格或半共格关系的特点 图 ( 和 1 的试样 %=’0 在冷却速度为 !-)*+$)*+ 中 , 已出现不同程度的针状铁素体 0 后者试样中针 状铁素体占主导 , 针状束的宽度明显小于前者 0 图 中除了显示有宽度为 !(934 以上的针状铁素体 外 , 还有奥氏体中温分解的类珠光体产物 , 即在铁 素体中的碳化物并不具有平行与平直的特点 0 该 分解产物产生的原因不仅是由于低碳 , 同时也是 由于控冷控轧的特点 , 也可称作退化型珠光体 0 图 ( 透射电子显微镜下 "#$ 管线钢的微观组织 终冷温度 6 终冷温度 6$$).%5’ 冷却速度 1$)*+,$$).%8’ 冷却 速度 ( 终冷温度 - 终冷温度 )*+,-$).%9’ 冷却速度 !-)*+, 终冷温度 - 终冷温度 -+,-$).%>’ 冷却速度 ()*+,$$).%?’ 冷却 终冷温度 - 终冷温度 速度 !-)*+,$$).%@’ 冷却速度 1$)*+, -$$) 终冷温度 6%&’ 冷却速度 ()*+,$$).%/’ 冷却速度 !-)*+, 终冷温度 ---$).%:’ 冷却速度 1$)*+,-$).%=’ 冷却速度 ()* 终冷温度为 - 冷却速度分别为 ($$),)*+7 和 1 试样的显微组织分别示于图 (!-)*+$)*+>7 U_^U 鞍钢技术 a!AA* 年第 X 期 ‘ 图 ! 图 !"#$% 冷却速度对显微组织的影响与前面两 多边形铁组规律完全一致 % 即随冷却速度的提高 & 素体量减少 & 而针状铁素体量增加 % 这主要是由于 热变形后加速冷却 & 使奥氏体向铁素体转变的温 度降低 & 过冷度增加 & 从而增加了铁素体的形核 率 & 细化铁素体组织 % 在抑制奥氏体向铁素体转变 的过程中 & 增加了向贝氏体型相变的转变 % 从图 ! 中还发现了呈现不规则形状的黑色块状组织 & 该 类组织就是被称为 ’() 岛的复相结构 %’() 岛的 相 & 这样对工程应用中的组织分析更为有利 % 本研 究中典型的针状铁素体在电子显微镜下的形态呈 其内部存在亚结构及高密度的位错 % 条状 & *+! 针状铁素体管线钢的最佳组织 针状铁素体管线钢被称为第二代管线钢 & 比 第一代的铁素体 < 珠光体管线钢具有多方面的优 势 % 它的应力 < 应变曲线与传统的铁素体 < 珠光体 管线钢曲线相比有很大区别 & 其特征是具有连续 屈服现象 % 这一特性使其具有高的形变强化能力 & 数量随冷却速度的提高而略有减少 % * 讨论 *+, 关于针状铁素体的概念 如前所述 & 在光学显微镜下 & 针状铁素体管线 钢的组织中含有多边形铁素体 # 块状铁素体 # 针状 铁素体 # 粒状贝氏体和珠光体等几种组织 % 在透射 电子显微镜下 & 组织中主要有典型的等轴铁素体 # 不规则块状铁素体 - 或称准多边形铁素体 .# 板条 形针状铁素体 # 珠光体 % 文献中对管线钢中针状铁 素体的定义一直不十分统一 %/012345#67"89 和 /3:2437;5 提出 &’5<’0<=> 针状铁素体钢的组织 是以针状铁素体为基体 & 带有一定数量的岛状马 氏体和渗碳体组织 % 还提出针状铁素体是连续冷 却过程中形成的具有高的亚结构和位错密度的非 等轴相 & 具有切变和扩散混合型相变机制 & 形成温 度略高于贝氏体 ?!@ %!A 世纪 BA 年代初期 & 日本学 者提出针状铁素体是指光学显微镜下观察到的各 种不规则形状铁素体的混合组织 & 标以 CDEF% 国 内对此也存在不同认识 % 有学者认为可将连续冷 却过程中形成的准多边形铁素体 # 无原奥氏体晶 界的贝氏体铁素体 # 粒状铁素体及 ’() 组元归类 到工程用针状铁素体组织的范畴 % 还有学者认为 & 应将管线钢的微观组织简化为铁素体和贝氏体两 大类 & 而不一一区分各种铁素体 & 将板条形针状铁 素体归为贝氏体 & 不规则块状铁素体归为铁素体 & 以方便工程分析应用 ?G@ % 这些观点在某些方面都 有一定的道理 & 有待在实践中逐步统一 % 从我们的 研究实验情况看 & 笔者认为工程用针状铁素体组 织的界定除了 /012345 等人提出的特点外 & 还应突 出两大特征 & 即在光学显微镜下的针状形态和在 电子显微镜下的非等轴相 % 本研究在光学显微镜 下观察到的针状铁素体即指这种针状形态非等轴 从而可补偿和抵消因包申格效应所引起的强度损 失 % 具有这一优良特性的原因 & 被归结于针状铁素 体中存在高密度的可移动的位错 & 从而易于实现 多滑移 % 此外 & 在焊接性能 # 耐腐蚀性能 # 低温韧性 等方面 & 针状铁素体钢管线钢都显示出优良的性 能 % 针状铁素体钢管线钢所具备的这些优良性能 与其微观组织状况是密切相关的 & 或者说是由材 料的热变形工艺和冷却制度所决定的 % 从管线钢的强化分析可知 & 其强化机制仍符 合 H;11 公式 & 即 K L M NL A OL M9 OL P9 OL 29 OL 89 OL Q 式中 KL A RR 铁素体基体强度 S L M9 RR 固溶强化 S L P9 RR 沉淀强化 S L 29 RR 位错强化 S L 89 RR 织构强化 S L Q RR 细晶强化 % 从中可见影响其屈服强度的主要因素有 K 细 晶强化 # 位错强化 # 固溶强化和析出强化 % 针状铁 素体管线钢以针状铁素体组织为特点 & 是当今高 强韧性管线钢的理想组织之一 % 针状铁素体钢的 优点是 K 靠氮化钛析出物和控制轧制来细化奥氏 体晶粒 & 限制了魏氏组织和粗晶贝氏体的形成 & 使 钢的韧性极高 ?*@ % 其中细晶强化项可表示为 L Q NT : UV W,(! % 对针状铁素体而言 & 它的典型微观形态是 板条状的 % 强化项式中的晶粒直径 V 可用针状铁 素体板条束尺寸表示 % 分析本实验数据 & 针状铁素 体束尺寸 V 在 XY7 左右 - 图 ,>.& 比例系数 T : 取 ,XZ,[,Z,=77 WG(! 之间 ?X@ & 估算 L Q 在 !,GZX*[ !XXZB]’I; 范围内 % 可见 & 针状铁素体组织的强化 作用十分突出 % 因此对选择工艺参数而言 & 以追求 针状铁素体比例最高和尺寸更细化为方向 % 从本 文实验结果可知 & 实验钢最终形成的组织为多相 王春明吴杏芳 ,-. 管线钢微观组织分析 suts 混合组织 ! 提高冷却速度和降低终冷温度有助于 有文针状铁素体比例的提高 " 但事物不是绝对的 ! 献认为 ! 管线钢的针状铁素体比例不是越高越好 ! 针状铁素体含量过高 ! 将导致其冲击韧性下降 " 具 ’( 有 #$% 针状铁素体组织的基体强韧性最好 & " 从 我们的实验看 ! 很难达到这么高的比例 " 在工艺制 化为方向 " 参考文献 管线钢组织性能焊接行为 4 西安 5 陕西科学技术出版 * 高惠临 4 社 !*66$!7#899 3:;<=>?@2A!0BC? 度设计方面还有潜力可挖 " ABO?0; O :;ROH@P!*6-’!*9 柴慧芬 ! 郭生武等 4 低碳超低碳微合金化管线钢显微组 7 冯耀荣 ! 材料导报 ! 织的研究进展 43..3!’!68*3 $ 结论 )*+,-. 管线钢的微观组织表现为多种类型 混合组织 ! 主要有多边形铁素体 / 块状铁素体 / 针 状铁素体 / 粒状贝氏体和珠光体 " 电子显微镜下还 可以更仔细区分各种组织 ! 并观察到 01 退 2 岛 / 化珠光体等 " )3+ 各种类型组织的比例随热变形工艺的不 同而变化 " 针状铁素体的比例随热变形后的冷却 速度的提高和终冷温度的降低而提高 " 在实际工 作中 ! 应以追求针状铁素体比例最高和尺寸更细 凌平 ! 邓澄等 4 管线钢品种开发与生产技术 4 钢铁钒钛 ! 9 徐勇 ! *663!9!$$8’9 于浩 ! 王克鲁等 4:LA 低碳钢薄板组织演变及强化机理 $ 康永林 ! 研究 4 钢铁 !3..7!*!3.83’ ’4H@H@]H4^:;@J>;<BO^4W@J?>@HJB;@H< 0?JH 编辑 ) 袁晓青 + 收稿日期 53..9a.-a7. ‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘ 上接第 3). 页 + 得了突破性进展 ! 线钢热轧卷板先后中标国内近 * 目前已逐渐形成 ,. 条重点管线工 938,-. 系 尤其是独家中标全长约 * 程 !’..]R 的中国西南 成品油管线工程 " 鞍钢热轧带钢厂批量生产出 3..383..9 年 ! )$b’8*3b$+RRc)6..8*9#.+RRcd 高韧性管 线钢 , 热轧卷板约 *’.)F9*$/F9*$0e+’ 万 J" 根 鞍钢 , 据各管线工程项目部的安排 !’.)F9*$/ 管线钢热轧卷板发往中油和中石化有关 F9*$0e+ 骨干制管厂 ! 制成 )f9$-8f#*7+RRc)$b’8 且 ,’.*3b$+RRcg 规格的螺旋缝埋弧焊钢管 ! 管线钢钢管实物质量达到了 )F9*$/F9*$0e+ 和 hUe16-**b*a*666i/hUe16-**b3a*666i 相应管道工程螺旋缝埋弧焊钢管技术规格书 i 的 h 要求 ! 并已成功应用于上述管道工程 " 先后批量生产 , 列管线钢产品 !’.8,-. 管线钢 热轧卷板约 7 其实物质量达到国际同类产 . 万 J! 品的先进水平 " 鞍钢 ,’. 热轧卷板采用 :S0@S_QSl 系少珠 光体钢设计 ! 工艺采用纯净钢冶炼连铸技术和热 高韧性 ! 尤其机械轧制技术 " 其产品具有高强度 / 是具有良好的低温韧性和焊接性能 ! 实物质量满 足石油天然气输送管道用钢的使用要求 ! 已成功 应用于国内近 *. 条管线工程 " 参考文献 )7+ 董玉华等 4 管线钢的发展趋势与展望 4 焊管 !* 高惠临 !*666!l33 3FBGUG;mGH@!nH@TIG@RB@T!nH@ToGQB@40;>>BMB;@ne4AHMJ $ 结语 鞍钢 j 九五 k 和 j 十五 k 期间大规模技术改造的 成功 ! 大幅度提高了鞍钢冶炼 a 炉外精炼 a 连铸 产品的竞争力 a 轧钢综合技术水平和装备水平 ! 明显提高 " 鞍钢高钢级管线钢热轧卷板开发取 3..3 年 ! H@=IGJG>?p?Y?<;OR?@J;NKLF2LJ?? e?BrB@T50?JH< 铌在钢中物理冶金基本原理 4 铌 s 科学与 72@JC;@PE4p?H>=;4 技术 ! 北京 5 冶金工业出版社 !3..7!3-*87*7 编辑 ) 袁晓青 + 收稿日期 53..9a.$a39 2024年8月9日发(作者：房问筠) 鞍钢技术 ,##w 年第 j 期 *lJ*lJR{Kel|f|J} xzyx 管线钢微观组织分析 !"# 王春明吴杏芳 鞍钢集团公司 %$ 北京科技大学 %$ 摘要主要有多边形铁素体 ’ 块状铁素 !"# 管线钢的微观组织表现为多种类型混合组织 & 体 $ 准多边形铁素体 % 针状铁素体 ’ 粒状贝氏体 ’ 珠光体和 ()’* 岛等 + 各类组织的比例随加工 工艺不同变化较大 + 提高冷却速度和降低终冷温度可以增加针状铁素体的比例 + 冷却速度较 时 & 组织中出现明显的珠光体 + 低 $,-).% 关键词 !"# 管线钢显微组织针状铁素体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‘a>bYcW!"#<3<913/9.7991[3564.7685786905358106:966379 d 前言 管线钢是低合金高强度钢 $ 的典型代 e=f*% 表 & 它集材料设计 ’ 微合金元素运用和控轧控冷工 艺于一体 & 按组织状态可以分为以下三种类型 g 珠光体钢 + 基本成分是 K 这是 ,$d% 铁素体 h’(/+# 世纪 i# 年代以前管线钢所具有的基本组织形态 + 珠光体钢 k!j, 级以下的管线钢基本是铁素体 h 少量珠光体钢 + 通过 l!ji’!i# 一般是铁素体 h^’ 等微合金元素的控制 & 已生产出 !m’R3"# 级的少 珠光体钢 + 针 $,% 针状铁素体和超低碳贝氏体钢 + 状铁素体 $ 钢通过微合金化和控 *5358106n966379% 制轧制 & 综合利用晶粒细化 ’ 微合金化元素的析出 相与位错亚结构的强化效应 & 强度级别提高很多 + 从长远观点看 & 未来的管线钢 $o% 低碳索氏体钢 + 将向着更高的强韧化方向发展 + 如果控制轧制技 术满足不了这种要求 & 可以采用淬火 p 回火的热 dr 我处理工艺 & 通过形成低碳索氏体组织来达到 q + 国管线钢研究起步较晚 & 到 ,# 世纪 s# 年代才相 均为铁素体 h 继开发出 !ij 以下级别的管线钢 & 珠光体型 + 近年来 & 我国高强度级别管线钢的研究 发展迅速 & 特别是针状铁素体管线钢已能够批量 西气东输 u 工程 & 选用了生产 + 最近刚刚完工的 t 促进了国内管线钢的发 !"# 针状铁素体管线钢 & 展 + 鞍钢在管线钢研究方面进步很快 & 已成功开发 出 !"# 针状铁素体管线钢及以下各强度级别的 管线钢 & 成为 t 西气东输 u 工程供货商之一 + 本文采 用热模拟实验方法 & 对鞍钢 !"# 针状铁素体管线 钢在不同工艺制度下的微观组织进行了研究 & 并 对组织分类进行了探讨 + , 实验方法 ,Ld 实验材料 王春明 & 高级工程师 & 现任鞍钢集团公司办公室主任 $dvsv 年毕业于上海交通大学固体物理专业 &ddw#,d%+ [‘‘[ 鞍钢技术 b’$$, 年第 + 期 a 实验钢的化学成分如表 ! 所示 " 采用 ! 转 #$% 经炉外精炼后 & 浇铸成 ’ 炉冶炼 &($))*!++$)) 连铸坯 & 再经热连轧机组轧成 !,-.))*!++$)) 的卷板 " 从现场连铸坯上取样进行热模拟实验 & 试 样尺寸为 /#))*!.))" 采用 012342%’! 型金相 显微镜观察金相组织 & 采用 567’$$$89 型透射电 子显微镜进行电镜观察 " 透射电镜所用的金属样 由电火花切割成厚度为品的制备过程如下 : 再经机械法减薄到 + 用电 $-’)) 的薄片 &$;) 后 & 解双喷法获得厚度小于 !$$<) 的薄区 " 所用的电 解液为 + 抛光电压 + 电流 = 高氯酸乙酸溶液 &$>& #$)?" 表 ! 实验钢化学成分 @= 元素 含量 @= ABCD $L’’ 0?IEJ) $L!# A1K $L,$$L$..$L’$!L+.$L$!,$L$$!’$L$,M$L$’M$L$’!$L!#$L!N$L$$M.$L$+’ 注 :OJ)PAQRD ’L’ 控轧控冷工艺热模拟实验 为模拟实际热连轧机组控轧控冷工艺过程 & 在 XI11FI1!+$$ 热模拟实验机上进行热模拟实验 & 在高温区采用三次高温变形 & 模拟热连轧机组的 粗轧和精轧过程 " 选取不同的冷却速度进行快冷 & 并在一定的温度停止快冷 & 随后以 $ 的冷 L+Y@Z 却速度缓慢冷却至 ( 研究其组 $$Y 后空冷至室温 " 织变化情况 " 热模拟实验方案见表 ’" 表 ’ 热模拟实验方案 样品号 ! ’ ( , + . M # N 加热温度 @Y 时间 R@)C !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T !!+$R,T 形变温度 @ 形变量 @YR=T 第一次 !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T !!$$R,$T 第二次 N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T N$$R(+T 第三次 #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T #’$R($T ’ !+ ($ ’ !+ ($ ’ !+ ($ 冷却过程 ! 冷却速度 @Y[Z 停止温度 @Y .$$ .$$ .$$ ++$ ++$ ++$ +$$ +$$ +$$ ( 实验结果 (L! 光学显微镜下的微观组织 光学显微镜下 9M$ 管线钢典型的微观组织如 图 ! 所示 " 表现为多种类型组织混合存在 " 主要有 多边形铁素体 ] 块状铁素体 ] 针状铁素体 ] 粒状贝 氏体和珠光体 " 对光学显微镜下的微观组织定量 分析表明 & 冷却速度为 ’ 时 & 组织中约有 .Y@Z$= 多边形铁素体 ]’.-!= 粒状贝氏体 ]!(-N= 珠光体 冷却速度为 ! 时 & 组织及微量的其它组织 V+Y@Z 中约有 ’$= 不规则块状铁素体 ]+$= 针状铁素体 ] ’+= 粒状贝氏体及微量的其它组织 " (L’ 透射电子显微镜下的微观组织 透射电子显微镜下 9M$ 管线钢在不同工艺制 度下的微观组织如图 ’ 所示 " 可见 & 在透射电子显 微镜下可以更仔细地区分各种组织 " 主要有 : 等轴 铁素体 R 多边形铁素体 T 不规则块状铁素体 R 或称 ] 或称为 D@? 岛以及不规则奥氏体中温转变产物 R 等 " 退化珠光体 T (L( 工艺参数对微观组织的影响 从图 ’ 可见 & 工艺参数对微观组织的影响较 大 " 终冷温度为 . 冷却速度为 ’ 的试样 $$Y]Y@Z 中 & 较多的是多边形铁素体和少量的不规则块状 铁素体 & 针状铁素体较少 R 图 ’ 同时还可见若干 ^T" 尺寸较大的方形析出物 R!$$_’$$<)T" 该类析出 物为脱溶碳 ] 氮化合物 " 图 ’ 与图 ’ 中等轴多边 FJ 形铁素体较少或几乎未见 & 该类先形成的铁素体 呈不规则形态 & 尺寸明显小于图 ’ 试样中的铁素 ^ 准多边形铁素体 T 板条形铁素体 R 针状铁素体 T]] 王春明吴杏芳 "#$ 管线钢微观组织分析 ACBA 图 ! 光学显微镜下 "#$ 管线钢的微观组织 终冷温度 -%&’ 冷却速度 ()*+,-$). 终冷温度 -%/’ 冷却速度 !-)*+,-$) 体 0 在冷却速度为 ! 的试样中 , 针状铁素体 -)*+ 比例增多 , 高密度位错存在于针状铁素体中 % 图 的试样中是以长度为 !(/’0 冷却速度为 1$)*+2 图 ( 热变 (34 的针状铁素体为主的组织 %5’0 可见 , 形工艺相同 , 终冷温度为 6$$) 的上述三个试样随 冷却速度的提高 , 组织中多边形铁素体减少 , 不规 则块状铁素体和针状铁素体增加 0 终冷温度为 - 冷却速度分别为 (-$),)*+7 以及 1 试样的显微组织分别示于图 !-)*+$)*+ 图 ( 图 ( 的试样中 , 等 (8797:0 在冷却速度为 ()*+ 轴多边形铁素体尺寸不均匀 , 较大的直径约 较小的约 ; 在铁素体中弥散分布细小的 !$34,340 析出相 , 析出相尺寸为 ( 具有在位错处 $<4 左右 , 优先成核并与基体保持共格或半共格关系的特点 图 ( 和 1 的试样 %=’0 在冷却速度为 !-)*+$)*+ 中 , 已出现不同程度的针状铁素体 0 后者试样中针 状铁素体占主导 , 针状束的宽度明显小于前者 0 图 中除了显示有宽度为 !(934 以上的针状铁素体 外 , 还有奥氏体中温分解的类珠光体产物 , 即在铁 素体中的碳化物并不具有平行与平直的特点 0 该 分解产物产生的原因不仅是由于低碳 , 同时也是 由于控冷控轧的特点 , 也可称作退化型珠光体 0 图 ( 透射电子显微镜下 "#$ 管线钢的微观组织 终冷温度 6 终冷温度 6$$).%5’ 冷却速度 1$)*+,$$).%8’ 冷却 速度 ( 终冷温度 - 终冷温度 )*+,-$).%9’ 冷却速度 !-)*+, 终冷温度 - 终冷温度 -+,-$).%>’ 冷却速度 ()*+,$$).%?’ 冷却 终冷温度 - 终冷温度 速度 !-)*+,$$).%@’ 冷却速度 1$)*+, -$$) 终冷温度 6%&’ 冷却速度 ()*+,$$).%/’ 冷却速度 !-)*+, 终冷温度 ---$).%:’ 冷却速度 1$)*+,-$).%=’ 冷却速度 ()* 终冷温度为 - 冷却速度分别为 ($$),)*+7 和 1 试样的显微组织分别示于图 (!-)*+$)*+>7 U_^U 鞍钢技术 a!AA* 年第 X 期 ‘ 图 ! 图 !"#$% 冷却速度对显微组织的影响与前面两 多边形铁组规律完全一致 % 即随冷却速度的提高 & 素体量减少 & 而针状铁素体量增加 % 这主要是由于 热变形后加速冷却 & 使奥氏体向铁素体转变的温 度降低 & 过冷度增加 & 从而增加了铁素体的形核 率 & 细化铁素体组织 % 在抑制奥氏体向铁素体转变 的过程中 & 增加了向贝氏体型相变的转变 % 从图 ! 中还发现了呈现不规则形状的黑色块状组织 & 该 类组织就是被称为 ’() 岛的复相结构 %’() 岛的 相 & 这样对工程应用中的组织分析更为有利 % 本研 究中典型的针状铁素体在电子显微镜下的形态呈 其内部存在亚结构及高密度的位错 % 条状 & *+! 针状铁素体管线钢的最佳组织 针状铁素体管线钢被称为第二代管线钢 & 比 第一代的铁素体 < 珠光体管线钢具有多方面的优 势 % 它的应力 < 应变曲线与传统的铁素体 < 珠光体 管线钢曲线相比有很大区别 & 其特征是具有连续 屈服现象 % 这一特性使其具有高的形变强化能力 & 数量随冷却速度的提高而略有减少 % * 讨论 *+, 关于针状铁素体的概念 如前所述 & 在光学显微镜下 & 针状铁素体管线 钢的组织中含有多边形铁素体 # 块状铁素体 # 针状 铁素体 # 粒状贝氏体和珠光体等几种组织 % 在透射 电子显微镜下 & 组织中主要有典型的等轴铁素体 # 不规则块状铁素体 - 或称准多边形铁素体 .# 板条 形针状铁素体 # 珠光体 % 文献中对管线钢中针状铁 素体的定义一直不十分统一 %/012345#67"89 和 /3:2437;5 提出 &’5<’0<=> 针状铁素体钢的组织 是以针状铁素体为基体 & 带有一定数量的岛状马 氏体和渗碳体组织 % 还提出针状铁素体是连续冷 却过程中形成的具有高的亚结构和位错密度的非 等轴相 & 具有切变和扩散混合型相变机制 & 形成温 度略高于贝氏体 ?!@ %!A 世纪 BA 年代初期 & 日本学 者提出针状铁素体是指光学显微镜下观察到的各 种不规则形状铁素体的混合组织 & 标以 CDEF% 国 内对此也存在不同认识 % 有学者认为可将连续冷 却过程中形成的准多边形铁素体 # 无原奥氏体晶 界的贝氏体铁素体 # 粒状铁素体及 ’() 组元归类 到工程用针状铁素体组织的范畴 % 还有学者认为 & 应将管线钢的微观组织简化为铁素体和贝氏体两 大类 & 而不一一区分各种铁素体 & 将板条形针状铁 素体归为贝氏体 & 不规则块状铁素体归为铁素体 & 以方便工程分析应用 ?G@ % 这些观点在某些方面都 有一定的道理 & 有待在实践中逐步统一 % 从我们的 研究实验情况看 & 笔者认为工程用针状铁素体组 织的界定除了 /012345 等人提出的特点外 & 还应突 出两大特征 & 即在光学显微镜下的针状形态和在 电子显微镜下的非等轴相 % 本研究在光学显微镜 下观察到的针状铁素体即指这种针状形态非等轴 从而可补偿和抵消因包申格效应所引起的强度损 失 % 具有这一优良特性的原因 & 被归结于针状铁素 体中存在高密度的可移动的位错 & 从而易于实现 多滑移 % 此外 & 在焊接性能 # 耐腐蚀性能 # 低温韧性 等方面 & 针状铁素体钢管线钢都显示出优良的性 能 % 针状铁素体钢管线钢所具备的这些优良性能 与其微观组织状况是密切相关的 & 或者说是由材 料的热变形工艺和冷却制度所决定的 % 从管线钢的强化分析可知 & 其强化机制仍符 合 H;11 公式 & 即 K L M NL A OL M9 OL P9 OL 29 OL 89 OL Q 式中 KL A RR 铁素体基体强度 S L M9 RR 固溶强化 S L P9 RR 沉淀强化 S L 29 RR 位错强化 S L 89 RR 织构强化 S L Q RR 细晶强化 % 从中可见影响其屈服强度的主要因素有 K 细 晶强化 # 位错强化 # 固溶强化和析出强化 % 针状铁 素体管线钢以针状铁素体组织为特点 & 是当今高 强韧性管线钢的理想组织之一 % 针状铁素体钢的 优点是 K 靠氮化钛析出物和控制轧制来细化奥氏 体晶粒 & 限制了魏氏组织和粗晶贝氏体的形成 & 使 钢的韧性极高 ?*@ % 其中细晶强化项可表示为 L Q NT : UV W,(! % 对针状铁素体而言 & 它的典型微观形态是 板条状的 % 强化项式中的晶粒直径 V 可用针状铁 素体板条束尺寸表示 % 分析本实验数据 & 针状铁素 体束尺寸 V 在 XY7 左右 - 图 ,>.& 比例系数 T : 取 ,XZ,[,Z,=77 WG(! 之间 ?X@ & 估算 L Q 在 !,GZX*[ !XXZB]’I; 范围内 % 可见 & 针状铁素体组织的强化 作用十分突出 % 因此对选择工艺参数而言 & 以追求 针状铁素体比例最高和尺寸更细化为方向 % 从本 文实验结果可知 & 实验钢最终形成的组织为多相 王春明吴杏芳 ,-. 管线钢微观组织分析 suts 混合组织 ! 提高冷却速度和降低终冷温度有助于 有文针状铁素体比例的提高 " 但事物不是绝对的 ! 献认为 ! 管线钢的针状铁素体比例不是越高越好 ! 针状铁素体含量过高 ! 将导致其冲击韧性下降 " 具 ’( 有 #$% 针状铁素体组织的基体强韧性最好 & " 从 我们的实验看 ! 很难达到这么高的比例 " 在工艺制 化为方向 " 参考文献 管线钢组织性能焊接行为 4 西安 5 陕西科学技术出版 * 高惠临 4 社 !*66$!7#899 3:;<=>?@2A!0BC? 度设计方面还有潜力可挖 " ABO?0; O :;ROH@P!*6-’!*9 柴慧芬 ! 郭生武等 4 低碳超低碳微合金化管线钢显微组 7 冯耀荣 ! 材料导报 ! 织的研究进展 43..3!’!68*3 $ 结论 )*+,-. 管线钢的微观组织表现为多种类型 混合组织 ! 主要有多边形铁素体 / 块状铁素体 / 针 状铁素体 / 粒状贝氏体和珠光体 " 电子显微镜下还 可以更仔细区分各种组织 ! 并观察到 01 退 2 岛 / 化珠光体等 " )3+ 各种类型组织的比例随热变形工艺的不 同而变化 " 针状铁素体的比例随热变形后的冷却 速度的提高和终冷温度的降低而提高 " 在实际工 作中 ! 应以追求针状铁素体比例最高和尺寸更细 凌平 ! 邓澄等 4 管线钢品种开发与生产技术 4 钢铁钒钛 ! 9 徐勇 ! *663!9!$$8’9 于浩 ! 王克鲁等 4:LA 低碳钢薄板组织演变及强化机理 $ 康永林 ! 研究 4 钢铁 !3..7!*!3.83’ ’4H@H@]H4^:;@J>;<BO^4W@J?>@HJB;@H< 0?JH 编辑 ) 袁晓青 + 收稿日期 53..9a.-a7. ‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘ 上接第 3). 页 + 得了突破性进展 ! 线钢热轧卷板先后中标国内近 * 目前已逐渐形成 ,. 条重点管线工 938,-. 系 尤其是独家中标全长约 * 程 !’..]R 的中国西南 成品油管线工程 " 鞍钢热轧带钢厂批量生产出 3..383..9 年 ! )$b’8*3b$+RRc)6..8*9#.+RRcd 高韧性管 线钢 , 热轧卷板约 *’.)F9*$/F9*$0e+’ 万 J" 根 鞍钢 , 据各管线工程项目部的安排 !’.)F9*$/ 管线钢热轧卷板发往中油和中石化有关 F9*$0e+ 骨干制管厂 ! 制成 )f9$-8f#*7+RRc)$b’8 且 ,’.*3b$+RRcg 规格的螺旋缝埋弧焊钢管 ! 管线钢钢管实物质量达到了 )F9*$/F9*$0e+ 和 hUe16-**b*a*666i/hUe16-**b3a*666i 相应管道工程螺旋缝埋弧焊钢管技术规格书 i 的 h 要求 ! 并已成功应用于上述管道工程 " 先后批量生产 , 列管线钢产品 !’.8,-. 管线钢 热轧卷板约 7 其实物质量达到国际同类产 . 万 J! 品的先进水平 " 鞍钢 ,’. 热轧卷板采用 :S0@S_QSl 系少珠 光体钢设计 ! 工艺采用纯净钢冶炼连铸技术和热 高韧性 ! 尤其机械轧制技术 " 其产品具有高强度 / 是具有良好的低温韧性和焊接性能 ! 实物质量满 足石油天然气输送管道用钢的使用要求 ! 已成功 应用于国内近 *. 条管线工程 " 参考文献 )7+ 董玉华等 4 管线钢的发展趋势与展望 4 焊管 !* 高惠临 !*666!l33 3FBGUG;mGH@!nH@TIG@RB@T!nH@ToGQB@40;>>BMB;@ne4AHMJ $ 结语 鞍钢 j 九五 k 和 j 十五 k 期间大规模技术改造的 成功 ! 大幅度提高了鞍钢冶炼 a 炉外精炼 a 连铸 产品的竞争力 a 轧钢综合技术水平和装备水平 ! 明显提高 " 鞍钢高钢级管线钢热轧卷板开发取 3..3 年 ! H@=IGJG>?p?Y?<;OR?@J;NKLF2LJ?? e?BrB@T50?JH< 铌在钢中物理冶金基本原理 4 铌 s 科学与 72@JC;@PE4p?H>=;4 技术 ! 北京 5 冶金工业出版社 !3..7!3-*87*7 编辑 ) 袁晓青 + 收稿日期 53..9a.$a39