X80管线钢调质处理工艺分析研究

X80管线钢调质处理工艺分析研究

发表时间：2018-05-28T15:25:01.153Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：董少然1 张学伟2 康春雨1

[导读] 通过在热模拟机上模拟X80管线钢热处理工艺，研究了不同加热温度和不同冷却速度对X80管线钢微观组织和性能的影响。

1.中国核电工程有限公司北京 100840；

2.中国航天空气动力技术研究院北京 100074

摘要：通过在热模拟机上模拟X80管线钢热处理工艺，研究了不同加热温度和不同冷却速度对X80管线钢微观组织和性能的影响。试验结果表明，X80管线钢在990℃的加热温度和25℃/s的冷却速度下可获得理想的组织结构和良好的强韧匹配，具有较佳的综合组织性能。

关键词：X80管线钢；调质；加热温度；冷却速度；微观组织；力学性能

1 X80管线钢的性能要求

作为高钢级管线钢管，X80管线钢降低了钢管自重，减少了野外焊接工作量，节约了管线工程建设成本。但X80 管线钢有着较高力学性能要求。它在提高屈服强度的同时，应尽量降低卷板的韧脆转变温度、提高冲击韧性。传统的细晶强化虽可提高强韧性，但其强化效果仍不足以满足要求。如何通过合适的调质处理工艺，来获得良好综合性能的管材是工艺人员仍致力的课题。

本文主要通过在热模拟实验机上模拟热处理过程，经过高温回火处理，获得各种热处理工艺方案下的组织，通过试验分析，最终确定合理的加热温度和冷却速度等工艺条件。

2实验材料和方法

本试验所用材料为X80管线钢，其主要化学成分有：C，0.09；Si，0.2；Mn，1.51；Cr，0，03；Mo，0.16；Ni，0.22；Cu，0.15；Al，0.03；N，0.004；Ti，0.01；V，0.03；Nb，0.06。

用热模拟试验机进行加热温度的和冷却速度的热模拟试验，分别研究加热温度和冷却速度对X80材料组织和性能的影响。具体热模拟方案为：取12个试样，设置不同加热温度（930、960、990、1020℃）和不同冷却速度（5、15、25℃/s），组合形成12种热处理工艺，保温温度均为60s，进行模拟淬火热处理，随后进行温度为550℃、保温时间为2小时的高温回火。

对上述不同热处理工艺模拟下的试样进行金相分析、0℃夏比V型缺口冲击试验和室温横向拉伸试验，试验方法按ASTM标准执行。

3 实验结果及分析

3.1 热处理工艺对X80管线钢微观组织的影响

3.1.1加热温度对材料微观组织的影响

在保温时间、冷却速度、回火参数相同的情况下，改变参数加热峰值温度，从而研究加热温度对微观组织的影响。图3-1a-d为冷却速度为5℃/s下加热温度分别930℃、960℃、990℃、1020℃所获得的金相组织。观察该图发现，随加热温度的升高晶粒尺寸不断增加，试样a、b、c的长大幅度不是很大，但1020℃加热温度下晶粒长大程度略为明显。

3.2.1 加热温度对X80管线钢力学性能的影响

观察冷却速度为5℃/s下，不同加热温度对应冲击韧性的变化，可以得出，随加热温度的影响，韧性逐渐降低，但均已满足X80的韧性要求。晶粒度大小是影响韧性的重要因素，晶粒越大，韧性越差。对照图3-2中该组试样的金相照片，其韧性与晶粒大小的关系正是如此。

观察冷却速度为5℃/s下，不同加热温度对应屈服强度和抗拉强度的变化。其强度趋势为随加热温度的增加，屈服强度和抗拉强度逐渐增加。

为了获得较为匹配的强韧性，综合考虑材料组织机构的变化规律，990℃的加热温度最为理想。

3.2.2 冷却速度对X80管线钢力学性能的影响

观察990℃加热温度下，不同冷却速度对应冲击的变化。结果显示，随冷却速度的增加，材料冲击韧性逐渐提高。当冷却速度为5℃/s 时，组织中含有粗大的岛状组织，且岛状物的外形多为不规则的条状，这些粗大的相界面可因塑性变形而诱发出断裂。当冷却速度为

15℃/s时，晶粒得到了细化。当冷却速度为25℃/s时，晶粒更为细小，粗大的岛状物基本消失，韧性得到了较好的改善。

观察990℃加热温度下，不同冷却速度对应屈服强度和抗拉强度的变化。其基本趋势为随冷却速度的增加，强度逐渐增加。冷却速度为5℃/s时获得的组织中，块状铁素体较多，而能提高强度的针状铁素体却相对较少，组织结构不够理想，强度也自然就不够高。随冷却速度的提高，组织中针状铁素体和粒状贝氏体数不断增加，进而其强度得到了提高。

总之，随冷却速度的增大，材料韧性和强度均逐渐提高，且材料的组织结构亦随冷却速度的增大而逐渐得到改善。综合考虑，25℃/s 的冷却速度最为理想。

4 结论

本试验主要通过热模拟处理和理化试验，分析不同的加热温度和冷却速度对材料组织和性能的影响，结果如下： 1．随加热温度的升高，X80管线钢针状铁素体和粒状贝氏体晶粒有所长大，但长大幅度并不是太大；随冷却速度的增大，粒状贝氏体和针状铁素体晶粒尺寸不断减小，且粒状贝氏体中的M-A 岛趋于细小弥散状态，组织趋于细化。

2.随加热温度的升高，X80管线钢材料冲击韧性逐渐降低，屈服强度和抗拉强度逐渐升高，韧性和强度呈相反变化规律；随冷却速度的增大，材料韧性和强度均逐渐提高。

3.990℃的加热温度和25℃/s的冷却速度下可获得理想的组织结构和良好的强韧匹配，具有较佳的综合组织性能。