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)迎來了一個嶄新的發(fā)展階段，對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，針對上述問題，對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)析出最短孕育時間對應(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)變動力學(xué)曲線(TTT)和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學(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象，針對硫含量對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，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)對管線鋼抗HIC開裂性能的要求，并且隨著腐蝕浸泡時間的延長，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，硫含量對抗SSC開裂性能影響不明顯，而材料的位錯密度是影響抗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