超低碳微合金管线钢中柱状铁素体复相组织的研究.docxVIP

超低碳微合金管线钢中柱状铁素体复相组织的研究 通过化学成分、工艺和微组织的改进，提高石油管道钢的覆盖率能力是人们长期努力的目标。自20世纪70年代初以来，人们对这种组织结构的形成、微观特征和强度进行了大量研究。结果表明，传统的多边形铁素体-光体组织比传统的多边形铁素体组织好得多。 在焊接领域中,针状铁素体是指在金相下呈典型非等轴状、具有一定长宽比、相互交错成网篮编织结构的铁素体组织.然而,在管线钢中,针状铁素体的定义截然不同,是指在连续冷却过程中形成的、具有高的亚结构和高位错密度的非等轴铁素体组织,具有切变和扩散混合型相变机制,形成温度略高于上贝氏体.在通过先进的控轧控冷工艺(TMCP)生产的管线钢中,由于对温度、变形量、冷却速度等工艺参数的控制不同,可形成多边形铁素体(PF)、准多边形铁素体(QF)、粒状铁素体(GF)和贝氏体铁素体(BF)等4种基本显微结构类型的铁素体组织,这些铁素体组织具有不同的转变机理及特征,可在光学显微镜下进行鉴别.PF是在最高温度、很慢的冷速下形成的先共析铁素体,PF生长受控于置换原子的快速迁移及碳原子的长程扩散,通常其生长速度较慢,最终晶粒具有规则的外形,基本上是等轴的或多边形状的晶粒,且晶界光滑.QF的相变温度相对较低,通过块状转变形成,在理想情况下新相与母相有相同的化学成分,可以通过穿越转变的相界面短程扩散得到,且新相与母相界面在所有方向上都是大角度晶界,转变速度特别快,然而,可能在迁移的界面上发生间隙和固溶原子再分配;因而最终QF的晶粒边界高度的不规则,呈任意弯曲状或锯齿状,具有较高的亚结构和位错密度,有时还伴有马氏体/奥氏体(M/A)岛.GF和BF呈无特征的铁素体晶粒.BF由相互平行且带有很高位错密度的细小的板条铁素体晶体组成,板条界为小角度晶界;若干铁素体板条平行排列构成板条束,板条束界面为大角度晶界.BF的尺寸较大,板条状趋势及轮廓明显.GF是介于QF和BF之间温度范围内形成的显微组织,形成温度稍高于BF,形成冷速比形成BF的冷速低,组织形态与BF不同;基体上弥散分布着粒状或等轴状的残余奥氏体或M/A岛,具有高位错密度,由拉长的细小的铁素体晶粒束构成,板条状趋势及轮廓不明显,被小角晶界分开. 当前普遍接受的观点是,针状铁素体(AF)管线钢是具有复相结构特征的混合型组织形态,由上述一种或多种铁素体的显微结构组成.针状铁素体管线钢的组织特征是:在光学显微镜下,原奥氏体晶界基本消除,粒度参差不一,具有不规则的非等轴状铁素体形貌.但目前对其具体的显微结构构成还存在不同的理解,其中比较流行的针状铁素体管线钢的组织鉴别方法有两种:一种是将多边形铁素体和准多边形铁素体划作为多边形铁素体组织范畴,而将粒状铁素体和贝氏体铁素体划归为针状铁素体组织范畴;另一种是将准多边形铁素体、粒状铁素体和贝氏体铁素体均笼统的划作为针状铁素体组织范畴.本文采用后一种组织鉴别方法,并进一步将AF复相组织定量细分,以深入研究AF组成比与力学性能之间的关系规律. 近年来,针状铁素体管线钢的研究主要集中在合金元素及热变形对针状铁素体相变和力学性能的影响,但很少有系统的工作研究针状铁素体复相组织的组元比例对力学性能的影响.本文系统研究了通过不同TMCP工艺制备的AF复相组织中不同组元的定量划分及其对管线钢强度的影响,提出AF组成比与力学性能的关系,最终指出提高AF管线钢的综合性能的关键工艺,对于AF管线钢的应用和发展具有指导意义. 1 连续冷却实验 实验材料为自行研制的Mn-Mo-Nb(V)系超低碳(0.03%C)微合金管线钢,化学成分(质量分数,%)为:C 0.025,Si 0.24,Mn 1.56,Mo 0.32,Nb 0.039,V 0.019,P 0.0020,S 0.0006,O 0.0043,N 0.0062,Fe余量.为了达到高洁净度,对钢中的S,P,O和N等杂质元素都进行了严格控制.实验材料经真空感应冶炼,钢锭被锻造成70 mm厚的板料,然后制成尺寸为70 mm(厚)×78 mm(宽)×80 mm(长)的热轧实验用板坯. TMCP工艺过程在直径为370 mm的二辊实验轧机上进行,板坯加热温度为1150℃,保温50 min,模拟卷取温度为500和600℃,利用水幕冷却设备控制冷却.根据已经利用Formastor-F和Gleeble-3500对实验材料连续冷却相变规律的研究,确定了热轧实验的工艺参数,其实测结果见表1.其中选取冷速在20℃/s左右以确保获得AF复相组织;选取终轧温度分别为850,800和750℃,以考察不同终轧温度对AF复相组织比例和性能的影响;选取卷取温度500和600℃以考察不同卷取温度对强度提高的影响.实验中采用三阶段控制轧制,即“奥氏体再结晶区+奥氏体未再结晶区+(奥氏体+铁素体)双相区”控制