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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(dá)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(dá)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(jìn)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(xué)的學(xué)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(jìn)行了計算，并研究了堿度和(MgO)含量對Al2O3活度的影響。當(dāng)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(dāng)爐渣堿度從2.0增加到3.8時，Al2O3活度變化幅度很??；(MgO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%和8%的渣，Al2O3活度差距較?。辉趬A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(jìn)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(kuò)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)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(jìn)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(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)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(xì)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(dāng)實驗溫度較高時，斷口主要呈韌窩狀，其Akv值較高；當(dāng)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)。 　　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(xì)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(jìn)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(xué)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?？紤]到改善強度和韌性最有效方法，即晶粒細(xì)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(xì)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(zhǔn)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(xué)的學(xué)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(rèn)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?？蒲腥藛T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(jìn)行冷軋，冷軋后選擇970、980、995℃在箱式電爐內(nèi)進(jìn)行軟化處理。GH4169合金棒材冷軋變形后進(jìn)行970和995℃軟化處理，板材冷軋變形后進(jìn)行1000℃軟化處理，葉片冷軋后進(jìn)行970℃軟化處理，然后均進(jìn)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(xué)性能。試驗結(jié)果表明： 　?。?）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(jìn)行。 　　（2）采用995℃溫度進(jìn)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。 　?。?）GH4169合金冷軋變形后，軟化處理對力學(xué)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(xué)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(xué)性能會起到有效作用。