X80管线钢的成分工艺研究

编号 1 2 3 4
C 0.041 0.045 0.042 0.039
Si
Mn
0.23
1.83
0.23
1.86
0.22
1.81
0.22
1.84
表 1 X80 管线钢冶炼化学成分（%）
P 0.0070 0.0069 0.0068 0.0070
S 0.0022 0.0019 0.0028 0.0024
Mo
X80 管线钢的成分工艺研究
2.2 显微组织观察
在莱卡 DMI5000M 显微镜下观察各试样金相组织，采用 4%硝酸酒精腐蚀，检测部位为厚度 1/4 处。结 果表明，基体均为贝氏体组织，均匀无带状，晶粒细小，为 ASTM13-14 级，基体上弥散分布着大量颗粒细 小的 M-A 组元，具体检测结果如图 1 所示。
Cr
0.30
0.14
0.22
0.23
0.20
0.27
0.16
0.31
Nb、V、Ti、Cu、Ni 等 适量
试验编号 1号 2号 3号 4号
2 实验结果
成分编号 1 2 3 4
表 2 试验设计方案
终轧温度/℃ 830 830 830 830
试验编号 5号 6号 7号 8号
成分编号 1 2 3 4
终轧温度/℃ 790 790 790 790
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
1 实验材料及方法
试验钢采用真空感应炉冶炼，并浇铸成 50kg 钢锭，按照 Mo、Cr 总量相同但比例不同进行设计，Mo、 Cr 含量总和均为 0.45％，Mo 含量与 Cr 含量之比分别为 2、1.25、0.8、0.5，实际冶炼成分如表 1 所示。利 用φ500mm 轧机轧制成 17mm 厚的钢板，轧制工艺为：钢锭在炉中加热至 1250℃后，保温 1h，使其完全奥 氏体化，采用两阶段控制轧制，粗轧 4 道次，精轧 5 道次，中间坯厚度为 50mm，终轧温度分别设计为 790℃和 830℃，具体轧制工艺方案设计如表 2 所示。
Abstract The effect of different composition and process on microstructure and property of X80 pipeline steel was studied. The experiment was designed with different Cr/Mo and final rolling temperature, as the result indicates, the effect of composition on Rt0.5 is notable; the effect of final rolling temperature on property is not notable when the temperature is between 790℃ and 830℃. As the total content of Mo and Cr is fixed, yield strength increases distinctly and impact property reduces a little when the content of Cr increases and the content of Mo decreases. The microstructure is bainite, which is uniform and has no banded structure. The grain size is very fine, which is between ASTM 13 and 14. Many small M-A constituents in matrix dispersed homogeneously. A lot of fine precipitates of (Nb, Ti)(C, N) were observed in the steel, which can efficiently increase strength by the mechanism of precipitation strength, grain refinement strength and etc.. Key words X80, Cr/Mo, final rolling temperature, property, microstructure
纵向冲击
平均值
SA/% 单个值
323.7
100 100 100
365.0
100 100 100
336.7
100 100 100
279.0
100 100 100
374.0
100 100 100
266.7
100 95 100
330.3
100 100 100
299.3
100 100 100
平均值 100 100 100 100 100 98.3 100 100
X80 管线钢的成分工艺研究
孔祥磊 黄国建 黄明浩 徐 烽 张英慧
（鞍钢股份技术中心，鞍山 114009）
摘 要 研究了不同成分及工艺对 X80 管线钢组织和性能的影响。按照不同 Cr/Mo 成分比和终轧温度设计试验， 结果表明，成分对 Rt0.5 有显著性影响，终轧温度在 790-830℃范围内对性能有非显著的影响。在 Mo 和 Cr 总含量不 变条件下，随 Cr 含量增加以及 Mo 含量的降低，屈服强度显著提高，韧性略有降低。基体组织为贝氏体，均匀无 带状，晶粒细小，为 ASTM13-14 级，同时在基体上弥散分布着大量 M-A 组元。在控轧过程中析出大量细小均匀的 （Nb，Ti）(C，N)颗粒，可通过析出强化、细晶强化等机理有效提高钢的强度。 关键词 X80 Cr/Mo 终轧温度 性能 组织
本文研究的是一种厚规格 X80 级管线钢，在成分上固定其他合金元素，采用 4 种不同的 Mo、Cr 比例， 在工艺上结合实际生产经验采用 2 种终轧温度设计试验，以确定最佳 Mo、Cr 含量组合及终轧温度参数，同 时研究这些因素对最终组织形态和力学性能的影响，为实际工业化生产提供依据。
孔祥磊，男，硕士，工程师，从事高级别管线钢热轧卷板产品开发，kgxl555@126.com
2.1 力学性能
各试样编号对应试验编号，进行拉伸及夏比冲击性能检测。拉伸性能检测：圆棒试样，1 个，直径 10mm， 沿轧制方向，在室温下采用 Zwick/Roell Z100 型拉伸试验机进行检测；夏比冲击性能检测：标准 V 形夏比 冲击缺口试样，3 个，沿轧制方向，-20℃下采用 JBN-500 型冲击试验机进行检测。
3 分析与讨论
来自百度文库
a—第二相析出粒子；b—能谱分析
利用 MINITAB 软件对本次试验成分工艺与性能进行分析，结果表明，成分对 Rt0.5 影响较为显著，终轧 温度在 790～830℃范围内对性能有一定影响，但不特别显著。随 Cr/Mo 比降低 Rt0.5 升高，Rm 先增高后降低， 冲击性能有随 Cr/Mo 比降低而降低的趋势，当终轧温度为 790℃时，Rt0.5 及 Rm 均稍高，而 Akv 则在终轧温 度为 830℃时稍好，各性能指标主效应图如图 4 所示。
检测结果如表 3 所示，为了精确反映钢板屈服强度，采用 Rt0.5 及 Rp0.2 两种计算方法获得钢板的屈服强 度，结果表明，两种方法所得屈服强度值基本一致。屈服强度除 1 号工艺外均达到 X80 级别，抗拉强度接 近 X80 级别上限，屈强比较低，最高为 0.84，最低仅为 0.70。另外各试样夏比冲击性能均较为优异，最低 单个值为 248J，最低平均值为 266.7J，均符合西气东输二线工程技术协议要求及 API 5L 技术标准要求。
试样编号
1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号 8号
表 3 试验钢力学性能检测结果
纵向拉伸
Rt0.5
Rp0.2
Rm A50mm
/MPa /MPa /MPa /%
545 555 775
18.5
605 600 745
20
605 605 755
20.5
615 630 750
19
580 580 765
20
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
相均匀分布在基体上时，才有较强烈地析出强化效果。从本试验析出相的数量和尺寸上分析，可以达到较好 的析出强化效果，同时这些析出相可钉扎晶界和亚晶界上，显著阻止形变奥氏体再结晶，通过未再结晶奥氏 体发生相变获得细小的组织，起到细晶强化的作用。
a
b
图 3 2 号试样析出相
管线运输是长距离输送石油天然气最经济合理的运输方式，为降低建设和运营成本，提高输送效率，采 用高压、大口径输送天然气已成为长距离管道建设的主流趋势，国内外已普遍将 X80 列为 21 世纪天然气 输送管线的首选钢级。
X80 管线钢以低 C-Mn-Nb 系为主，同时加入 Cr、Mo、Ni、Cu 多种微合金元素以强化基体[1]，特别是 在厚规格 X80 管线钢中，必须添加一定的 Mo、Cr 等淬透性元素以保证表面与心部组织的均匀一致，如何 利用这些元素的有效组合以较为经济的方式实现，是目前研发的重点和难点。
Study on Composition and Process of X80 Pipeline Steel
Kong Xianglei Huang Guojian Huang Minghao Xu Feng Zhang Yinghui
(Technology Center of Angang Steel Co. , Ltd. , Anshan, 114009)
图 4 力学性能的主效应图
a—Rt0.5 主效应图；b—Rm 主效应图；c—Akv 主效应图
3.1 成分对管线钢性能的影响分析
管线钢中添加 Mo，可抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进具有高密度位错亚结构的针状铁素体或微
细结构超低碳贝氏体的形成，但 Mo 属于贵重元素，在保证必须添加的含量条件下，尽量少添加。为了保证
发生贝氏体转变，Mo 含量降低的时候，适当提高 Cr 的含量是十分必要的，Cr 与 Mo 同属ⅥB 族元素，在
高强度低碳贝氏体钢中，它能强压低 Bs 点，弱压低 Ms 点，控制贝氏体转变 C 曲线[3]，增加钢的淬透性并
起到固溶强化的作用，同时具有一定的耐腐蚀作用。在 Cr 和 Mo 总含量一定的情况下，Cr 含量的增加有利
615 620 825
20
615 600 810
19
625 630 740
21
Rt0.5/Rm
0.70 0.81 0.80 0.82 0.76 0.75 0.76 0.84
Akv/J 单个值 320 318 333 361 361 373 347 338 325 267 283 287 376 376 370 270 248 282 312 346 333 271 325 302
1号
2号
3号
4号
5号
6号
7号
8号
图 1 试样的金相组织
2.3 位错及 M-A 组元观察
采用薄膜法制取试样，利用 Tecnai G2 20 型透射电子显微镜对 1 号、5 号及 7 号试样（对应工艺编号） 进行了位错及 M-A 组元观察，结果表明，X80 管线钢具有很高的位错密度，且随位错密度的提高，强度提 高，同时在 M-A 组元上可观察到清晰的挛晶组织，具体如图 2 所示。
a
b
c
d
图 2 试样的位错及 M-A 组元观察
a—1 号试样位错；b—5 号试样位错；c—7 号试样位错；d—7 号试样 M-A 组元
2.4 析出相大小及形貌
采用复型法制备试样，利用 Tecnai G2 20 型透射电子显微镜对 2 号试样进行了析出相形貌观察和能谱分 析，如图 3 所示。本次试验检测结果表明，析出相均为（Nb，Ti）(C，N)复合析出相，以方形或圆形均匀 分布在基体上，颗粒细小，尺寸多在 10～30nm 之间。由于 Ti、Nb 在奥氏体中溶解度不同，造成在奥氏体 中各种碳氮化合物的析出次序以及析出相尺寸的差异，根据相关文献[2]，奥氏体中这些元素析出相的形成次 序为：TiN—(Ti，Nb)N 或 Ti(N，C) —(Ti，Nb)(N，C)或 Nb(C，N)。在 1150℃左右时，以 TiN 为主的方形 析出相已经充分形成，随温度降低，NbC 和 TiC 能够同时在一处析出，它们或形成细小圆形的复合析出相， 或是附着在粗大的方形 TiN 析出相上，而且绝大部分在 900℃以上析出。理论上只有大量 30 nm 以下的析出