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    硬線鋼82B盤條是建筑和交通運輸行業(yè)廣泛使用的材料，制成鋼鉸線的強度級別最高可達2000MPa，主要用于大型鐵路、公路、橋梁和輸水管道建設(shè)中。盤條經(jīng)酸洗和磷化后，連續(xù)冷拔拉成5.05mm的鋼絲，變形比高達85%以上。這就要求在硬線鋼的冶煉過程中要減少脆硬性夾雜的數(shù)量及提高鋼水的純凈度。筆者對生產(chǎn)硬線鋼精煉過程進行了分析，以研究爐渣對夾雜物的影響。研究的硬線鋼生產(chǎn)工藝為210t轉(zhuǎn)爐→210tLF爐→160mm×160mm方坯。 　　北京科技大學的學者從Al2O3活度和夾雜物成分兩方面來研究精煉渣對夾雜物的影響。采用Factsage軟件對CaO-Al2O3-SiO2-MgO(8%)-CaF2(8%)爐渣中Al2O3活度進行了計算，并研究了堿度和(MgO)含量對Al2O3活度的影響。當爐渣堿度從1.0增加到2.0時，爐渣中Al2O3活度隨著爐渣堿度的增加而降低；當爐渣堿度從2.0增加到3.8時，Al2O3活度變化幅度很小；(MgO)質(zhì)量分數(shù)分別為5%和8%的渣，Al2O3活度差距較小；在堿度高的爐渣中[Al]s容易被從爐渣還原到鋼水中。在使用高堿度精煉渣的盤條中發(fā)現(xiàn)許多含有MgO的硬性夾雜物，并對此進行了分析，最后得出最適宜的爐渣堿度為2.5～3.0。

    在超級13Cr管線管鋼中為防止焊接部發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，采用PWHT（焊后熱處理）是有效的辦法，其應(yīng)用范圍正不斷擴大。另一方面，PWHT會降低敷設(shè)時的施工效率，影響成本，因此還有的用戶提出不使用PWHT的想法。雖然雙相不銹鋼可以不采用PWHT，但初期成本高是問題點之一。 　　因此，新日鐵進行了新型雙相不銹鋼DP25U的開發(fā)，它定位在既可以不使用PWHT，又處于現(xiàn)有的雙相不銹鋼和超級13Cr鋼之間的鋼種。 　　在成分設(shè)計方面，首先，為能無需使用PWHT，DP25U的Cr添加量比超級13Cr鋼的高，以此穩(wěn)定鈍態(tài)氧化膜。其次，在現(xiàn)有雙相不銹鋼DP8和DP3W中，為能確保即使在H2S環(huán)境下也具有良好的耐蝕性，將Mo的含量提高到3mass%以上，據(jù)此將DP25U的應(yīng)用環(huán)境限定在微量H2S，降低Mo含量，由此達到降低合金成本的目的。而且，通過添加Cu取代Mo，能確保在H2S環(huán)境中也具有耐蝕性。根據(jù)這些成分設(shè)計思路，進行了實驗室實驗研究，確定DP25U的主要成分為25Cr-5Ni-1Mo-2.5Cu-0.18N。 　　DP25U在固溶狀態(tài)下強度超過65ksi，因此它可作為65ksi級強度的鋼。另外，即使在低溫下，也具有很高的沖擊能，是具有良好韌性的鋼種。 　　在高Cl－環(huán)境下，對應(yīng)力腐蝕開裂敏感性進行了4點彎曲試驗，結(jié)果沒有發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。結(jié)果表明，在以Cu為墊板的GMAW條件下，即使不采用PWHT，DP25U也具有高溫下的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。 　　試驗結(jié)果表明，無論是在輸送氣體條件下，還是在輸送石油條件下，即使是在超級13Cr鋼焊接接頭部難以使用的環(huán)境條件下，DP25U焊接接頭部也沒有看到硫化物應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。由此表明，即使是從抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂性能方面來看，DP25U的耐蝕性也比超級13Cr鋼的好。

    低碳貝氏體鋼是一類高強度、高韌性、多用途鋼種，是現(xiàn)代化學冶金及物理冶金技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。低碳貝氏體鋼有一系列中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，采用不同的變形及冷卻制度，可以獲得不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型，有效地控制各轉(zhuǎn)變產(chǎn)物所占比例，以提高鋼材的綜合力學性能。目前，經(jīng)過多年研究已獲得提高低碳貝氏體鋼強度的若干有效方法，但隨著強度的增加，材料的韌性會明顯下降，同時保證強度與韌性成為一個難題，受到國內(nèi)外學者的關(guān)注。本文采用掃描電子顯微鏡對700MPa低碳貝氏體鋼沖擊斷口形貌進行觀察，采用沖擊試驗機確定了不同溫度下實驗鋼的沖擊韌度，研究結(jié)果可以為低碳貝氏體鋼的實際生產(chǎn)提供理論支持。 　　實驗用鋼在25kg真空感應(yīng)電爐上冶煉，其化學成分為（質(zhì)量分數(shù)，％）：0.058C，0.40Si，1.410Mn，0.01P，0.0048S，0.08Ti，0.048Nb，0.45Cu，0.31Ni，0.21Mo，0.005B，余量為Fe。將鋼錠熱鍛成80mm厚鋼坯，在試驗軋機上將鋼坯經(jīng)8道次軋制成12mm厚鋼板，其開軋溫度為1120℃，終軋溫度為850℃，軋后空冷至750℃后油淬至室溫。根據(jù)實際測量，油淬至室溫時的平均冷卻速度約為10℃/s。在鋼板上根據(jù)國家標準GB/T229-1994取10mm×10mm×55mm的V型缺口沖擊試樣，在JB-30B沖擊試驗機上測定了實驗鋼在-80、-60、-40、-20、0和25℃溫度下的沖擊韌度，并采用XJP-6H金相顯微鏡和S250掃描電子顯微鏡對實驗鋼的組織和夾雜物進行了分析。 　　實驗鋼的微觀組織主要為板條貝氏體、粒狀貝氏體、準多邊形鐵素體及針狀鐵素體的復(fù)合組織。低碳貝氏體鋼中的夾雜物較為細小，尺寸大部分為2～6μm，形狀多為球點狀，并有少量的尖角狀夾雜物。當實驗溫度較高時，斷口主要呈韌窩狀，其Akv值較高；當實驗溫度較低時，斷口主要呈現(xiàn)解理特征，其Akv值較低。實驗鋼的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度約為-41℃。

    1 概述 　　石油天然氣輸送管線鋼須同時具備高強度、高韌性、優(yōu)異耐蝕性和高焊接性能。用大口徑、高壓管線改善輸送效率，尤其是通過高寒地區(qū)的中土輸氣管道，對管線鋼的技術(shù)條件要求更高。從安全性考慮，管線鋼須有低屈強比，在達至塑性非穩(wěn)態(tài)時有更高的變形抗力，以免強度出現(xiàn)突降。 　　依據(jù)API標準X70管線鋼的屈服強度≥480MPa，-40℃沖擊功≥100J及屈強比≤85%。研究表明，440MPa級C-Mn鋼采用TMCP工藝，達到低屈強比（約80%）和高韌性（DBTT約-100℃）可行，但對更高鋼級獲得足夠的低屈強比和高韌性極其困難。其根本原因在于優(yōu)化這些性能，會出現(xiàn)相反的效果。如以犧牲屈強比和韌性作為代價來增加強度；以降低強度為代價來降低屈強比和增加韌性。因此，各國材料學者利用顯微組織對高強管線鋼屈強比和韌性的影響規(guī)律來開發(fā)管線鋼。 　　絕然不同的兩相可得到滿意的低屈強比。雙相鋼通常屈強比低，但不能獲得管線鋼所有的各種性能要求。若雙相鋼兩相間的強度相差太大，在低溫條件下硬的第2相很容易形成裂紋，而抵消韌性作用。 　　近年來，開發(fā)針狀鐵素體或貝氏體管線鋼受到廣泛重視。生產(chǎn)實踐中，這兩類管線鋼的韌性還有欠缺，因此，在高端管線鋼工程應(yīng)用課題是利用新組元的顯微組織，獲得強度、韌性和屈強比綜合性能符合要求的產(chǎn)品。 　　2 試驗步驟 　　沿軋制鋼板橫向切割拉伸試樣毛坯。拉伸試樣采用直徑.6mm、長度30mm圓棒試樣。室溫條件下，活動橫梁以9mm/min速度做拉伸試驗，表明管線鋼屈服強度處于非連續(xù)屈服狀態(tài)，以2%變形量作補償。至少3個試樣結(jié)果做拉伸性能報告。沿軋制橫向切取V型沖擊試樣（日本JIS標準4號試樣）。液氮或乙醇槽內(nèi)浸漬15min后，按-120～20℃溫度，每20℃間隔對試樣作試驗，與DBTT（韌脆性轉(zhuǎn)變溫度）上、下層吸收能量的中點相一致。用SEM（掃描電鏡）觀察V型沖擊試樣破壞斷口表面，用圖像分析儀分析組元相的百分率和晶粒尺寸。 　　3 實驗結(jié)果 　　不同組元分別為鐵素體-珠光體的B鋼；針狀鐵素體作第2相鐵素體的C鋼；多邊形鐵素體作第2相針狀鐵素體的D鋼及貝氏體的G2鋼管線鋼的典型顯微組織。 　　鐵素體-珠光體鋼晶粒尺寸6.8～20.4靘；鐵素體-針狀鐵素體鋼中，針狀鐵素體百分比9.6%～24.1%；鐵素體-針狀鐵素體鋼中含約2%珠光體。鐵素體-針狀鐵素體鋼晶粒尺寸4.4～7.4靘，比通常鐵素體-珠光體鋼晶粒度細。 　　顯微組織對高強管線鋼的屈強比和韌性的特點，表明針狀鐵素體-鐵素體鋼在壓扁拉長的針狀鐵素體基體內(nèi)有約4.5靘規(guī)格的多邊形鐵素體細晶粒。針狀鐵素體-鐵素體管線鋼中，鐵素體的體積百分率約6%，沿軋制方向間隔測量出的鐵素體約為16靘。貝氏體鋼為壓扁拉長晶粒，其顯微組織的組元類似于原先的奧氏體晶粒形態(tài)。 　　4 屈強比與低溫韌性機理 　　不同組合管線鋼的屈服強度和屈強比取決于顯微組織組元。通常，低屈服強度有較低屈強比。但鑒于屈強比是屈服強度與加工硬化率函數(shù)，僅以低屈服強度就有較低屈強比的結(jié)論是不全面的。對鐵素體-珠光體鋼而言，減小鐵素體晶粒尺寸將同時增大屈服強度和屈強比。減小鐵素體晶粒尺寸，并減少加工硬化率，會附加增大屈強比效果。鐵素體-珠光體鋼中有類似于取代珠光體的第2相針狀鐵素體特性。對鐵素體進行針狀鐵素體基體的變質(zhì)處理，結(jié)果提高屈服強度，并降低屈強比。 　　基于顯微組織和力學性能的關(guān)聯(lián)性，優(yōu)化顯微組織以開發(fā)高性能管線鋼，顯示針狀鐵素體或貝氏體基體內(nèi)存在多邊形鐵素體第2相。考慮到改善強度和韌性最有效方法，即晶粒細化導(dǎo)致屈強比增加，在鐵素體基鋼很難同時優(yōu)化強度、屈強比和DBTT綜合性能。另一方面，針狀鐵素體基鋼或貝氏體基鋼比鐵素體基鋼的屈服強度更高、屈強比更低。針狀鐵素體基鋼或貝氏體基鋼的低溫沖擊產(chǎn)生的不良影響，可導(dǎo)入減小第2相的多邊形鐵素體有效晶粒尺寸而得到改善。 　　5 結(jié)論 　　顯微組織管線鋼對屈強比和低溫韌性的影響有： 　　1) 細化鐵素體晶粒度能有效改善鐵素體基鋼的屈服強度和低溫沖擊韌性；然而對增大屈強比，產(chǎn)生不利作用。 　　2) 鐵素體基鋼中，從珠光體到針狀鐵素體或貝氏體的第2相變質(zhì)處理除影響DBTT還改善了強度。 　　3) 從珠光體鋼作針狀鐵素體鋼或貝氏體鋼基體作變質(zhì)處理，改善強度和屈強比。但比其它顯微組織的有效晶粒尺寸粗大，因而DBTT更差。 　　4) 針狀鐵素體鋼基體或貝氏體鋼基體導(dǎo)入第2相多邊形鐵素體，降低強度和屈強比，并改善針狀鐵素體基鋼的低溫沖擊韌性。 　　屈強比和加工硬化指數(shù)變化曲線取決于組織結(jié)構(gòu)類型。為獲得0.85屈強比，貝氏體基鋼的臨界加工硬化指數(shù)比針狀鐵素體基鋼或鐵素體基鋼的臨界加工硬化指數(shù)低。

    在不銹鋼中氮既是奧氏體穩(wěn)定化及固溶強化元素，同時也改善不銹鋼低溫塑性、韌性及耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕，如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕。很多研究結(jié)果表明，氮在液相和固相中的溶解度不同，在奧氏體相中的溶解度高于液相和鐵素體相，在鐵素體相中溶解度最低。由于鑄錠中氮含量是過程量而非狀態(tài)量，其數(shù)值受過程變化的影響，因此從鋼液到凝固結(jié)束所發(fā)生的相變經(jīng)歷對于鑄錠中氮含量影響很大。不同的相變經(jīng)歷導(dǎo)致氮在凝固過程中的溢出量不同，因此若要準確預(yù)測鑄錠中氮含量，需要考慮凝固過程對氮氣溢出的影響。 　　北京科技大學的學者通過冶煉實驗研究Mn、Cr和Ni對不銹鋼凝固模式及鑄錠氮含量的影響，探討影響氮含量的關(guān)鍵因素，并分析合金元素對鋼液與鑄錠中氮含量影響的相互作用系數(shù)的區(qū)別。實驗結(jié)果表明，影響氮含量的因素主要為鋼液中氮的溶解度和不銹鋼的凝固模式。增加鋼液中氮的溶解度"改變凝固模式由F→FA→AF→A時，不銹鋼的溶氮能力提高，氮氣的溢出量減少，氮含量增加。 隨Mn含量增加，鑄錠中氮含量線性增加，而隨Cr和Ni含量增加，氮含量的變化均存在三個特征階段。分析認為：Mn含量變化不改變凝固模式，相互作用系數(shù)ENMn為-0.0286，與鋼液中相近; 而隨Cr和Ni含量增加，凝固模式分別依次經(jīng)歷F→FA→AF→A和FA→AF→A模式，相互作用系數(shù)ENCr和ENNi非定值，分別為ENCr=-0.046和-0.011和 ENNi=-0.011和0.033。

    GH4169合金，是一種含Nb的高強度鎳－鉻－鐵基高溫合金，主要用于制造航空發(fā)動機的高溫部件，如渦輪盤、葉片、機匣等。該合金的主要強化相為體心四方的γ″相及面心立方的γ′相，在650℃以下具有較高的強度和塑性、良好的抗疲勞和耐腐蝕性，是目前航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的高溫合金。 　　GH4169合金冷輥軋葉片的制造過程是從坯料開始經(jīng)過多次冷軋變形、軟化熱處理、中間熱處理及最終熱處理，直到獲得滿意的金相組織及性能合格的葉片，這是一個完整的工藝鏈。科研人員研究了熱處理軟化制度變化對GH4169合金組織性能的影響，為GH4169合金冷輥軋葉片熱處理制度的制定提供依據(jù)。 　　試驗用GH4169合金板材規(guī)格為2.5mm厚固溶狀態(tài)的冷軋板，棒材為Φ20mm固溶狀態(tài)的熱軋棒。GH4169合金板材分別按10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%變形程度進行冷軋，冷軋后選擇970、980、995℃在箱式電爐內(nèi)進行軟化處理。GH4169合金棒材冷軋變形后進行970和995℃軟化處理，板材冷軋變形后進行1000℃軟化處理，葉片冷軋后進行970℃軟化處理，然后均進行中間處理和固溶時效處理。中間處理制度為900℃，空冷，固溶時效處理制度為1010℃，空冷＋720℃×8h冷至620℃×8h，空冷。試驗完畢后，用金相顯微鏡及拉力試驗機等檢測合金金相組織和力學性能。試驗結(jié)果表明： 　　（1）GH4169冷輥軋葉片冷軋后采用970～995℃軟化處理制度，可以使硬度得到明顯降低，有利于第二次冷軋的進行。 　　（2）采用995℃溫度進行軟化處理，可以得到更好的軟化效果，且對合金組織性能無影響。 　　（3）GH4169合金冷軋變形后，軟化處理對力學性能影響很小，而中間處理和最終固溶時效熱處理是決定力學性能的重要工序。 　　（4）冷輥軋葉片所選用的中間處理和固溶時效制度，對于改善金相組織及力學性能會起到有效作用。