欧洲铌微合金化钢的新进展(1-4).docVIP

欧洲铌微合金化钢的新进展（一）介绍??? 欧洲的冶金学者是微合金化应用的先驱，开始于30 年代的AlN冶金 。从那时起，多种合金元素应用于结构钢，如图1所示。??? ??? 图1：结构钢中微合金元素的应用历史??? “微合金化”的含义是，这些元素的含量是很低的，通常低于0.1wt%。不同于痕量元素，痕量元素是不需要的，而微合金化元素是为了改善钢的性能而故意添加的。与其它合金元素相比，微合金化元素不仅在加入的数量上不同，而且其冶金学机理也不相同。合金元素主要是影响钢的基体结构，而除了溶质的拖弋作用之外，微合金化几乎不影响钢的显微组织及第二相的沉淀。微合金化的应用是十分广泛的，例如硫化物形状的控制，沉淀强化，晶粒细化，提高淬硬性等。但是其主要作用是脱氧与脱硫作用。??? 铌开始应用于60 年代，而到70 年代，随着控轧控冷的应用，铌的应用取得重要进展，也就是说，在奥氏体再结晶温度以下区域进行轧制。在强度和韧性的结合方面，使钢的性能明显改善，首先用于生产运输天然气与原油的大直径管线。??? 十年前，欧洲铌铁在钢铁企业的应用大约每年5000吨，其中80%是用于低合金高强度钢，而大部分用于生产大直径管线。如图2所示，近十年来，铌铁的用量增加了一倍多。其中，低合金高强度钢，仍以80%的消耗量，占据首位。由于全球不景气，自80年代以来，尽管在某些地区钢管的用量有所下降，但含铌钢管的用量并没有下降。由于铌在钢中的应用所带来的好处，使微合金化在低合金高强度钢中的应用越来越广泛，尤其在建筑业与汽车制造业。更有甚者，热镀锌薄钢板的需求增加引发了无间隙原子钢（IF）的生产，它通常含有铌。在欧洲，铌铁的下述三个应用趋势将得到分析。??? ??? 图2：欧洲铌的应用分布图用于制造大直径管线的钢板、钢带??? 如图3所示：大直径钢管的发展要求考虑安全性，以避免脆性断裂，抑制韧性裂纹的扩展。大量实验表明，为满足这一要求，钢管的材料需要高强度与高韧性。 ??? ??? 图3：大直径钢管用钢的发展趋势 ??? 通过生产低碳含量的洁净钢，可以满足这一要求，以晶粒细化作为主要的强化机理。因此，70年代以来，传统X52及X60已经为控制轧制钢X65与X70所取代。他们具有5微米左右的多边形铁素体加10%左右的珠光体，至今仍是最主要的管线钢牌号。典型的合金设计是采用铌与钒。加入铌的作用主要是晶粒细化，在控制轧制条件下稳定奥氏体，而加入钒，是为了进一步提高强度，并在铁素体中起沉淀强化作用。 ??? 1 X70钢的最优化设计 ??? 钢管用钢的最优化一直在进行，如图4所示，以X70为例说明近十年的进步，今天标准的钢材生产工艺包括生铁脱硫与出炉后的钢包精炼。所以今天钢中的硫含量通常是很低的。而且，由于采用计算机控制炼钢和轧制过程，从而使钢的化学成分与工艺参数更加稳定，使工艺的最优化成为可能。所以近十年来，对某个特殊的定单，其机械性能的不稳定性降低了，而通过降低碳与硫的含量及Nb+V的微合金化设计，使钢的焊接等性能都得到提高。 ??? ??? 图4：在极地条件下气体管线用18.7mm钢板的合金设计与性能??? 对高强度高韧性的X70钢管用钢而言，从合金设计的观点来看，钒的加入，通过碳化钒的沉淀强化作用，使强度提高。但是，由于经济方面的原因，钒的作用已经被下述方法所取代：??? -通过在α+γ双相区进行最终变形，使铁素体产生位错强化；??? -通过增加贝氏体的体积百分比，产生位错强化与进一步的晶粒细化。在奥氏体转变之后，进行加速冷却的方法，在节约成本方面获得了成功。??? 如图5所示，仅仅以铌的微合金化为基础的TM钢引起X70钢的强度提高。但是在双相区进行变形，会使钢的零度以下的冲击值降低。这是由于冲击实验中产生的一种叫做“分离”或“撕裂”的断裂组织引起的。无论如何，这两种情况下的韧性是足够的，至80年代末90年代初，数家欧洲厂商生产出数十万吨北极地区用的具有优越性能的铌微合金化管线钢。而且产量仍在增长。 ??? ????? 图5：经过热机械轧制和钙处理的20mm钢板在终轧阶段的机械性能??? 采取上述两种手段后，传统的Nb+V合金设计加上TM轧后的加速冷却，壁厚为42mm的X70试验钢已经生产出来。??? 2 耐酸腐蚀钢管??? 新的管线项目通常要求耐“氢致断裂”（HIC），可能来自深井的传输物质中的酸性成分（H2S，CO2）。这些项目要求相对厚的壁厚，所以一般并不要求其强度水平高于X60/X65。为了保证抵抗HIC，尤其当酸度低于PH5 时，要求钢的显微组织具有前述的两种要求：??? 非金属夹杂物的含量必须很低。除此之外，氧化物的体积百分比也要求很低，尤其应避免大量的硫化物。因此，这已成为标准的技术要求，即