X80管線鋼熱軋過程再結(jié)晶規(guī)律研究

劉靖彭杰張備韓靜濤 張雙平

（1北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京， 100083;2上海寶山鋼鐵公司，上海， 201900)

X80管線鋼熱軋過程再結(jié)晶規(guī)律研究

劉靖1彭杰1張備2韓靜濤1張雙平1

（1北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京， 100083;2上海寶山鋼鐵公司，上海， 201900)

采用階梯試樣軋制，通過金相觀察的方法，研究了熱軋過程中變形量和變形溫度對X80管線鋼再結(jié)晶規(guī)律及混晶的影響，繪制了再結(jié)晶區(qū)域圖及混晶區(qū)域圖。結(jié)果表明，隨著變形溫度的提高，奧氏體再結(jié)晶的臨界變形量降低。變形溫度在1 150℃，變形量達(dá)到40%時(shí)，再結(jié)晶已達(dá)到90%以上。為避免混晶的產(chǎn)生，軋制過程盡量避開部分再結(jié)晶區(qū)。

管線鋼 變形溫度 變形量 再結(jié)晶百分?jǐn)?shù) 混晶 研究

1 引言

管線鋼是熱軋板帶鋼產(chǎn)品的重要品種之一，主要用于石油、天然氣等的管道輸運(yùn)。管線鋼不但要求有較高的耐壓強(qiáng)度，而且要求具有較高的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能，因此，對組織性能要求較高。通過完全再結(jié)晶軋制，可利用再結(jié)晶細(xì)化晶粒，在未再結(jié)晶區(qū)軋制，晶內(nèi)產(chǎn)生大量的變形帶，最后得到比較細(xì)小均勻的晶粒[1-2]。但在部分再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)容易出現(xiàn)混晶組織，惡化鋼的性能尤其是韌性[3]。所以研究工藝參數(shù)對變形奧氏體再結(jié)晶規(guī)律的影響十分重要，可為現(xiàn)場生產(chǎn)提供理論依據(jù)[4]。

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

試樣取自某鋼廠X80管線鋼，成分見表1。將試樣加工成階梯形狀，尺寸如圖1所示，變形后的試樣厚度為7.2 mm，同一溫度下階梯試樣發(fā)生10%～80%的變形。

表1 X80管線鋼化學(xué)成分 /wt%

圖1 階梯形試樣

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

試樣加熱采用碳-硅棒電阻式加熱爐，軋制采用試樣端部焊接鎳鉻/鎳硅熱電偶并外接溫度顯示器的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和控制試樣的加熱溫度及開軋溫度。軋制過程在北京科技大學(xué)?350 mm二輥可逆軋機(jī)上進(jìn)行。按照圖2所示的工藝，將試樣加熱至1200℃保溫15 min，以5℃/s的速度冷卻至不同軋制溫度進(jìn)行軋制，對軋后的試樣馬上進(jìn)行淬水處理，以保存原始奧氏體晶粒形貌。所有軋后試樣均沿臺階中心縱向切開取樣，將金相試樣用過飽和苦味酸水溶液加少量白貓牌洗滌劑在78℃～82℃左右進(jìn)行熱侵蝕，在AXIOVER200MAT臥式金相顯微鏡下觀察并計(jì)算奧氏體再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)。

圖2 實(shí)驗(yàn)鋼再結(jié)晶規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)工藝

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 變形量對再結(jié)晶的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)繪出不同溫度下變形量與再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。由圖3可知，隨著變形量的增加再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)增加。950℃以下發(fā)生再結(jié)晶比較困難，變形量小于60%時(shí)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)變化緩慢，不超過20%。當(dāng)溫度達(dá)到1 000℃～1 050℃時(shí)，變形量對再結(jié)晶的影響加劇，變形量為50%時(shí)，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)也達(dá)到50%，變形量增加到60%時(shí)，已基

TIANJIN METALLURGY本發(fā)生了完全再結(jié)晶，再結(jié)晶率達(dá)到80%以上。當(dāng)溫度為1 150℃時(shí)，10%的壓下量就能使再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以上，變形量為40%時(shí)，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)已超過90%。

圖3 變形量與再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)關(guān)系圖

圖4為1 100℃不同變形量下的奧氏體晶粒形貌照片。從圖4中可看到，變形量為20%時(shí)，只有少量奧氏體晶粒發(fā)生了再結(jié)晶，而且新生成的晶粒是在原奧氏體晶界上生成;當(dāng)變形量增加達(dá)到40%，再結(jié)晶率超過了50%，大部分奧氏體晶粒已經(jīng)細(xì)化，但仍有部分粗大的奧氏體存留在其中，此時(shí)細(xì)小的晶粒和粗大的晶?；旌显谝黄?當(dāng)變形量繼續(xù)增加，達(dá)到70%時(shí)，再結(jié)晶已基本完成，奧氏體晶粒已經(jīng)均勻化。圖5為奧氏體晶粒大小與變形量關(guān)系曲線，可以發(fā)現(xiàn)，在同一變形溫度下，隨著變形量的增加奧氏體晶粒細(xì)小均勻。

圖4 變形量對晶粒大小的影響（軋制溫度1100℃)

圖5 奧氏體晶粒大小隨變形量變化曲線（軋制溫度1100℃)

3.2 軋制溫度對再結(jié)晶的影響

當(dāng)變形量不變，再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)隨軋制溫度的升高而增加，如圖6所示。變形量小于40%時(shí)，隨軋制溫度的升高再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)先緩慢上升，達(dá)到1 050℃后開始急劇增加。變形量分別為70%、80%時(shí)，奧氏體再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)在900℃以前急劇增加達(dá)到了70%，950℃后隨著溫度的繼續(xù)升高變化趨緩，因?yàn)榇藭r(shí)已發(fā)生了完全再結(jié)晶。同時(shí)可以看出，當(dāng)溫度為850℃時(shí)，即使變形量達(dá)到80%再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)也不會超過20%，而溫度達(dá)到1 150℃時(shí)只用10%的變形量就可使再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以上。

圖6 軋制溫度與再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)關(guān)系圖

3.3 X80管線鋼再結(jié)晶區(qū)域圖

根據(jù)變形量和變形溫度對再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律，繪制出圖7所示的X80管線鋼再結(jié)晶區(qū)域圖。由圖7中可以看出，隨著軋制溫度的降低發(fā)生完全再結(jié)晶需要更大的軋制變形量，而隨著變形量的降低要發(fā)生完全再結(jié)晶的軋制溫度也逐漸升高。當(dāng)溫度低于950℃時(shí)發(fā)生完全再結(jié)晶已比較困難，并且未再結(jié)晶區(qū)也隨著溫度的降低而擴(kuò)大。

3.4 混晶分析

根據(jù)不同溫度、不同變形量下，軋制試樣的金相照片繪制出X80管線鋼混晶區(qū)域圖，如圖8所示。

圖7 X80管線鋼再結(jié)晶區(qū)域圖

圖8 X80管線鋼混晶區(qū)域圖

結(jié)合圖7及圖8，可以發(fā)現(xiàn)混晶開始和結(jié)束的臨界變形量主要分布在部分再結(jié)晶區(qū)。在部分再結(jié)晶區(qū)軋制，已發(fā)生再結(jié)晶的晶粒細(xì)小，而沒有發(fā)生再結(jié)晶的晶粒，只是由于變形而被拉長，晶粒并沒有變小，此時(shí)細(xì)化的晶粒與粗大的晶粒同時(shí)存在而造成混晶，混晶的存在對強(qiáng)度影響不大，但會嚴(yán)重影響韌性，因此要避免混晶的出現(xiàn)。

4 結(jié)論

4.1 隨軋制溫度的升高、變形量的增加，X80管線鋼再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)增加。

4.2 軋制溫度低于950℃時(shí)，X80管線鋼已很難發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶;軋制溫度在1 100℃以上，變形量達(dá)到40%時(shí)已基本實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶?？紤]到X80管線鋼中微合金元素固溶及加熱過程中奧氏體晶粒粗化的問題[5]，建議生產(chǎn)中的開軋溫度確定在1 150℃左右。

4.3 混晶主要發(fā)生在部分再結(jié)晶區(qū)，考慮到混晶對鋼材性能的影響，生產(chǎn)中應(yīng)避開部分再結(jié)晶區(qū)。

[1]田村今男.高強(qiáng)度低合金鋼的控制軋制與控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992：111.

[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，1999.

[3]職任濤，劉昌其，肖紀(jì)美，等.鋼中原始組織對奧氏體混晶的影響[J].金屬熱處理學(xué)報(bào)，1981，5(1)：7-19.

[4]蔡慶伍，劉晉珊，余偉.Mn-Nb-Mo系X70級管線鋼奧氏體再結(jié)晶規(guī)律的研究[J].軋鋼，2005,22(1)：7-10.

[5]彭杰.X80管線鋼熱加工工藝的研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2010.

Study on X80 Pipeline Steel Recrystallization Law in Hot Rolling Process

Liu Jing,Peng Jie,Zhang Bei,Han Jingtao,Zhang Shuangping

With stepped sample rolling and metallographic observation method,the authors study the influence of deformation amount and deformation temperature on the recrystallization law and mischcrystal of X80 pipeline steel during hot rolling process and plot recrystallization area diagram and mischcrystal area diagram.Results show that the critical deformation amount of austenite recrystallization decreases with the increase of deformation temperature.When deformation temperature is 1 150℃and deformation amount reaches 40%,recrystallization is more than 90%.In order to prevent mischcrystal from forming,partial recrystallization area should be avoided in rolling.

pipeline steel,deformation temperature,deformation amount,recrystallization percentage,mischcrystal,study

（收稿 2010－10－25 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

劉靖，博士，北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授。主要研究方向軋制過程中金屬組織性能的控制;復(fù)合材料研究。