高钢级X100管线钢中的M-A岛.pdf_大学文库

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2013.04.010 第35卷第4期北京科技大学学报 Vol.35 No.4 2013年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2013 高钢级X100管线钢中的M-A岛阮红志四，赵爱民，赵征志，齐亮北京科技大学冶金工程研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:ruan-198343@163.com 摘要通过显微组织分析方法，研究了冷却开始温度及冷却速度对高钢级X100管线钢热模拟试样中M-A岛的体积分数和尺寸的影响.结果表明降低冷却开始温度和提高冷却速度都可以细化组织，导致M-A岛的体积分数降低，使M-A 岛由尺寸较大的块状、条状转变成尺寸较小且弥散分布的块状、条状.利用透射电镜观察了热轧后以不同冷却速度冷却所得试样组织中M-A岛的形貌.发现在低的冷却速度下，M-A岛由残余奥氏体、尺寸及取向均不同的马氏体板条组成. 在马氏体板条中存在孪晶，证明了碳的扩散，也说明M-A岛中M是孪晶马氏体.在高的冷却速度下，转变为针状、薄膜状的MA岛弱化了铁素体板条的界面，降低了管线钢的韧性，因此只有控制冷速在一定范围内，才能获得尺寸细小、弥散分布的MA岛关键词管线钢：马氏体：奥氏体：微孪晶：冷却分类号TG142.1 M-A islands in high grade X100 pipeline steel RUAN Hong-zhi,ZHAO Ai-min,ZHAO Zheng-zhi,QI Liang Research Institute of Metallurgical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:ruan-198343@163.com ABSTRACT The effects of cooling temperature and cooling rate on the size and volume fraction of M-A islands in thermal simulation samples of high grade X100 pipeline steel were investigated by the microstructure analysis method. The results show that reducing the cooling temperature and increasing the cooling rate can refine the microstructure, decrease the volume fraction of M-A islands,and make the M-A islands from larger blocks and strips into smaller and dispersed ones.The morphology of M-A islands in X100 pipeline steel with different cooling rates after hot rolling was observed by transmission electron microscopy(TEM).It is found that the M-A islands consist of retained austenite and different sizes and orientations of martensite plates at low cooling rate.Microtwins in the martensite plates prove carbon diffusion and show that martensite in the M-A islands is twinned martensite.At high cooling speed,the M-A islands, which change into the acicular and flaky,weaken the ferrite lath interface and reduce the toughness of the pipeline steel. So in order to obtain small size and dispersive M-A islands,the cooling speed must be controlled in a certain range. KEY WORDS pipeline steel;martensite;austenite;microtwins;cooling 石油和天然气是人类社会赖以生存的重要能的组织描述发生混淆.在管线钢中所谓的针状铁素源，是经济社会赖以发展的物质基础.高速发展体其实质就是粒状贝氏体、贝氏体铁素体或者是粒的经济社会对能源的需求日益增加，促进了大口状贝氏体与贝氏体铁素体的复相组织同.在高强径、高压和长距离输送管线的发展四，同时西气东 X100管线钢的组织中，其主要组织为粒状贝氏体输一线和二线工程也促进了国内高强高韧管线钢的与贝氏体铁素体组织.粒状贝氏体和贝氏体铁素体研究2-4 组织都是由铁素体板条和分布在板条间或板条界的高强钢的强韧性与其微观组织密切相关.近年马氏体/奥氏体(M-A)小岛组成.M-A岛的含量、形来，随着针状铁素体概念的引入，曾一度使管线钢状、尺寸和分布对钢的力学性能和冲击韧性有着重收稿日期：2011-12-26

第卷第期年月北京科技大学学报口高钢级管线钢中的一岛阮红志网赵爱民赵征志齐亮北京科技大学冶金工程研究院北京困通信作者一一 · 摘要通过显微组织分析方法研究了冷却开始温度及冷却速度对高钢级管线钢热模拟试样中一岛的体积分数和尺寸的影响结果表明降低冷却开始温度和提高冷却速度都可以细化组织导致一岛的体积分数降低使一岛由尺寸较大的块状、条状转变成尺寸较小且弥散分布的块状、条状利用透射电镜观察了热轧后以不同冷却速度冷却所得试样组织中一岛的形貌发现在低的冷却速度下一岛由残余奥氏体、尺寸及取向均不同的马氏体板条组成在马氏体板条中存在孪晶证明了碳的扩散也说明一岛中是孪晶马氏体在高的冷却速度下转变为针状、薄膜状的一岛弱化了铁素体板条的界面降低了管线钢的韧性因此只有控制冷速在一定范围内才能获得尺寸细小、弥散分布的一岛关键词管线钢马氏体奥氏体微孪晶冷却分类号一尺以万价。一人乞网月通乞一。乞。月摊。乳。一城乞石乞即困一￡一一一一一一、一一石油和天然气是人类社会赖以生存的重要能源是经济社会赖以发展的物质基础高速发展的经济社会对能源的需求日益增加促进了大口径、高压和长距离输送管线的发展同时西气东输一线和二线工程也促进了国内高强高韧管线钢的研究 “一高强钢的强韧性与其微观组织密切相关近年来随着针状铁素体概念的引入曾一度使管线钢收稿日期一一的组织描述发生混淆在管线钢中所谓的针状铁素体其实质就是粒状贝氏体、贝氏体铁素体或者是粒状贝氏体与贝氏体铁素体的复相组织在高强管线钢韵组织中其主要组织为粒状贝氏体与贝氏体铁素体组织粒状贝氏体和贝氏体铁素体组织都是由铁素体板条和分布在板条间或板条界的马氏体奥氏体一小岛组成一岛的含量、形状、尺寸和分布对钢的力学性能和冲击韧性有着重 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2013．04．010

第4期阮红志等：高钢级X100管线钢中的M-A岛 475 要的影响.目前，管线钢中的组织己经研究较多，但轧后采用一定的冷却速度使钢板冷却到350℃，保对管线钢，尤其是高强X100管线钢中的M-A岛研温1h,随炉冷却到室温.将轧制钢板用线切割切成究较少.本文通过热模拟实验，研究了不同冷却速 0.3mm的薄片，用砂纸磨到50μm左右，‘然后在度、不同冷却开始温度对MA岛的影响.在实验室双喷电解装置上用5%高氯酸乙醇溶液进行双喷减小轧机上采用控轧控冷技术(TMCP)制备出X100 薄，在JEM-2000FX透射电镜上进行观察热轧板，采用透射电镜对X100管线钢热轧板进行 2实验结果显微观察，细致分析MA岛的内部微观构成. 2.1扫描电镜观察 1实验材料及方法图2为热模拟实验中，变形试样在不同的冷却本实验采用25kg真空感应炉冶炼，真空浇注开始温度下(600、550、500℃，分别以1和3℃· 成铸锭.铸锭化学成分（质量分数，%）为：0.055 s~1的冷速缓冷到室温得到的冷却试样的扫描电镜 C,0.24Si,1.93Mn,0.040.07Nb,0.016Ti,0.31 像.如图可以观察到，冷却后的试样组织为粒状贝 Mo,0.20.4Cr,0.20.4C1,0.300.55Ni,0.0015 氏体和少量的贝氏体铁素体组织，其中M-A岛在 B.铸锭锻成断面长宽为80mm×100mm的矩形坯扫描电镜像中呈亮白色.当冷却初始温度为500℃ 料.采用钼丝线切割，从该坯料上截取直径4mm、时，以1℃s1冷却得到的试样中，其M-A岛均匀高度10mm的圆柱体热模拟试样，将热模拟试样的分布在基体上，呈块状，少量呈条状，如图2(a) 置于Gleeble-3500试验机上采用图1所示工艺进行所示：冷速提高到3℃s1,冷却得到的试样，组织热模拟实验.试样以10℃s-1的升温速度加热至中出现少量贝氏体铁素体，贝氏体铁素体中的MA 1200℃，保温5min后；以3℃s-1冷速冷却至岛分布在板条间，为条状，呈有序排列，相对于图 1120℃，保温30s后压缩变形，应变为30%，变形速 2(a),M-A岛尺寸更加细小，分布更加弥散，如图率为5s1;以5℃s-1的冷速冷却至850℃，保温2()所示.当冷却初始温度为550℃时，以1℃s-1 30s后再压缩变形，应变为40%，变形速率10s1；冷却后试样中MA岛尺寸变大，形状不规整度增变形后以15℃s-1冷速分别冷却到600、550和500 加，条状M-A岛数量增加，如图2(b)所示；提高冷 ℃，然后改变冷却速率，分别以1和3℃s-1冷速速到3℃s-1,组织中M-A岛相对细小，但少量M- 冷却到室温.将高温变形的试样制备成金相样，用 A呈三角状和条状，条状M-A岛的长度在23um, 4%硝酸酒精侵蚀，在ZEISS ULTRA55型扫描电镜但宽度较窄，如图2(e)所示.当冷却初始温度为600 (SEM)下观察其组织 ℃，以1℃s-1冷却后试样中块状M-A岛数量减少，大多呈条状，主要分布在不规则铁素体的边界 1200℃，300s 3℃8120℃.30s,30%,58-1 上，且不均匀分布，如图2(C)所示；冷速为3℃· $1,所得试样组织中弥散分布且细小的M-A岛数 5℃g1 850℃，305,40%，10s-1 量减少，取而代之的是不规则铁素体晶界分布的长条状的M-A岛，如图2()所示 10℃s1 600℃13℃s 0℃13℃g1 图3为用Image Plus软件对图2进行处理统计 00元1.3℃g 后得到的不同冷却开始温度及冷速下热处理得到试样中M-A岛的体积分数、长度和宽度.由图3可以看出，不同冷却速度热处理后试样中M-A岛的体时间/s 积分数、长度和宽度变化趋势相同.MA岛的体积图1热模拟实验的示意图分数及长度随冷却开始温度的升高而逐渐增加，而 Fig.1 Schematic diagram of the thermo-simulation test 宽度随冷却开始温度的升高先增加后降低.不同冷却开始温度下热处理得到试样中M-A岛的体积分将钢坯放入箱式加热炉加热到1200℃，保温数、长度和宽度均随冷却速度的提高而降低.由图 1h后，用350mm二辊轧机实现再结晶区和未再 3(a)可以看出，冷却开始温度相同，冷速为1℃· 结晶区两阶段轧制，轧成厚度为8mm的钢板.再 s~1下制得试样中MA岛的体积分数明显高于冷速结晶区变形量≥50%，未再结晶区变形量≥65%，为3℃s1所得试样.由图3(b)和(c)可以看出，再结晶区开轧温度为1150℃，终轧温度为800℃. 当冷速为1℃s-1,初始冷却温度为500℃时，M-

第期阮红志等高钢级管线钢中的一岛 · · 要的影响目前管线钢中的组织己经研究较多但对管线钢尤其是高强管线钢中的一岛研究较少本文通过热模拟实验研究了不同冷却速度、不同冷却开始温度对一岛的影响在实验室小轧机上采用控轧控冷技术制备出热轧板采用透射电镜对管线钢热轧板进行显微观察细致分析一岛的内部微观构成轧后采用一定的冷却速度使钢板冷却到 ℃保温随炉冷却到室温将轧制钢板用线切割切成的薄片用砂纸磨到协左右 ’然后在双喷电解装置上用高氯酸乙醇溶液进行双喷减薄在一透射电镜上进行观察实验材料及方法本实验采用真空感应炉冶炼真空浇注成铸锭铸锭化学成分质量分数为、、、、铸锭锻成断面长宽为的矩形坯料采用铝丝线切割从该坯料上截取直径、高度的圆柱体热模拟试样将热模拟试样置于一试验机上采用图所示工艺进行热模拟实验试样以 ℃ 一‘的升温速度加热至 ℃ 保温后以 ℃ ·一冷速冷却至 ℃保温后压缩变形应变为变形速率为一以 ℃ 一的冷速冷却至 ℃保温、后再压缩变形应变为变形速率一变形后以 ℃ ·一’冷速分别冷却到、和 ℃ 然后改变冷却速率分别以和 ℃ 一冷速冷却到室温将高温变形的试样制备成金相样用硝酸酒精侵蚀在型扫描电镜下观察其组织 ℃ 厂裂狱 ’’一’ 上、” ”一““狱》乐井蒸钦 ‘。℃一”’一’ 瑞龄〕场一‘ 一’‘二一’ 时间图热模拟实验的示意图一将钢坯放入箱式加热炉加热到 ℃保温后用二辊轧机实现再结晶区和未再结晶区两阶段轧制轧成厚度为的钢板再结晶区变形量未再结晶区变形量再结晶区开轧温度为 ℃ 终轧温度为 ’ 实验结果扫描电镜观察图为热模拟实验中变形试样在不同的冷却开始温度下、、 ℃ 分别以和 ℃ · 犷的冷速缓冷到室温得到的冷却试样的扫描电镜像如图可以观察到冷却后的试样组织为粒状贝氏体和少量的贝氏体铁素体组织其中一岛在扫描电镜像中呈亮白色、当冷却初始温度为 ℃ 时以 ℃ 一冷却得到的试样中其一岛均匀的分布在基体上呈块状少量呈条状如图所示冷速提高到 ℃ 一 ‘冷却得到的试样组织中出现少量贝氏体铁素体贝氏体铁素体中的一岛分布在板条间为条状呈有序排列相对于图一岛尺寸更加细小分布更加弥散如图所示当冷却初始温度为 ℃时以 ℃ 一‘ 冷却后试样中一岛尺寸变大形状不规整度增加条状一岛数量增加如图切所示提高冷速到 ℃ 唱一‘组织中一岛相对细小但少量呈三角状和条状条状一岛的长度在户但宽度较窄如图所示当冷却初始温度为 ℃以 ℃ ·一冷却后试样中块状一岛数量减少大多呈条状主要分布在不规则铁素体的边界上且不均匀分布如图所示冷速为 ℃ · 一‘所得试样组织中弥散分布且细小的一岛数量减少取而代之的是不规则铁素体晶界分布的长条状的一岛如图所示图为用软件对图进行处理统计后得到的不同冷却开始温度及冷速下热处理得到试样中一岛的体积分数、长度和宽度由图可以看出不同冷却速度热处理后试样中一岛的体积分数、长度和宽度变化趋势相同一岛的体积分数及长度随冷却开始温度的升高而逐渐增加而宽度随冷却开始温度的升高先增加后降低不同冷却开始温度下热处理得到试样中一岛的体积分数、长度和宽度均随冷却速度的提高而降低由图可以看出冷却开始温度相同冷速为 ℃ · 一’下制得试样中一岛的体积分数明显高于冷速为 ℃ 名一‘所得试样由图和可以看出当冷速为 ℃ ·、一‘初始冷却温度为 ℃时超蟾护

·478 北京科技大学学报第35卷界，板条界不清晰，部分板条界弯曲.图4(a)为L 冷后获得的M-A岛的透射电镜像.如图6()所示， A岛的明场相.从图中可以看出M-A岛呈块状，与铁素体呈板条状平行排列，板条长且窄，板条界清刀的形状相似，其破坏了板条的完整性.刀柄直接贯穿了铁素体板条，刀头位置的铁素体板条变窄，分成了两个长度约为0.4um的板条.小板条的生长被前面粗大的板条阻挡，板条的长度只有1m左右，另外从图中还可以明显看到MA岛内部亮暗不均，表明MA岛内部由多个部分组成.图4(b) 为与图4(a)相对应的暗场像.M-A岛内部结构的示意图如图4()所示.结合两图可知，图4b)中较明亮的为马氏体板条，分别为M10、M1、M2和 M7,M1和M2之间有明显的界面，M10内部可以隐约看到马氏体内的亚结构为微孪晶.图4(c)和图 4(d)为旋转试样方向，使M-A岛中另一个马氏体中的晶面满足布拉格方程，得到的M-A岛中另一组明暗场相.与图4(b)相比，M1变暗，M3、M11 100nm 和M8变亮.M-A岛内部同时出现多个小区域变亮，主要是该区域上的马氏体的晶面满足布拉格方图5规则I-A岛内部微孪晶程.将图4(a)~(d)比较，得到图4(f)中M-A岛内部 Fig.5 Internal microtwins of structured M-A islands 结构示意图，可以看出M-A岛内部结构的复杂性 (a) 图4(e)为图4(c)中M-A岛的衍射斑点及其对衍射斑的标定，图4(c)和图4(d)中的明暗场相即由其中的马氏体的衍射斑得到6-7.衍射花样中有两套衍射斑点，一套是奥氏体斑点，另一套是马氏体斑点.通过图4(e)可以看出，不同奥氏体衍射斑之间距离的关系为R1/R2=1,R1与R2之间中1夹角为 60°，晶带轴为[111.不同马氏体的衍射斑之间距离的关系为：R4/R3=1.225,R3与R4之间Φ2夹角为 65.91°，晶带轴为[012.因此可以得知，M-A岛中的马氏体由过冷奥氏体转变而来，满足一定的取向关系，即[111A/012M. 图5为低冷速下获得试样中形状规则M-A岛的透射电镜像.相对于图4，此图中的M-A岛结构相对简单，可以清晰地看到MA岛内部存在微孪晶.在轧后慢冷的过程中，碳扩散的相对较快，在局部区域容易出现贫碳区和富碳区.当冷却温度低于相变温度时，贫碳区发生相转变，使富碳区的碳含量进一步增加，富碳的奥氏体降低了相转变温度，使过冷奥氏体稳定.在相变温度低于马氏体相变开 500 nm 500 ni 始温度后，部分过冷奥氏体转变成马氏体).马氏体形核较快，使M-A岛中的马氏体取向并不相同图6高冷速下获得的试样中MA岛的透射电镜像.()M-A (如图4所示).图5中马氏体中的微孪晶也进一步的明场相：(b)图(a)中IA岛的暗场相：(c)另一个衍射斑下证明MA岛中形成的马氏体为高碳马氏体，这也 M-A岛的明场相；(d)图(c)的暗场像相应地证明碳的扩散 Fig.6 TEM images of M-A islands in samples cooled at rapid cooling rate:(a)bright image of M-A islands;(b)dark image 2.2.2高冷速下M-A岛的结构 of(a);(c)bright image of M-A islands under another diffraction 图6为经再结晶区轧制和未再结晶区轧制，快spot:(d)dark image of(c)

北京科技大学学报第卷界板条界不清晰部分板条界弯曲图为岛的明场相从图中可以看出一岛呈块状与刀的形状相似其破坏了板条的完整性刀柄直接贯穿了铁素体板条刀头位置的铁素体板条变窄分成了两个长度约为四的板条小板条的生长被前面粗大的板条阻挡板条的长度只有左右另外从图中还可以明显看到一岛内部亮暗不均表明一岛内部由多个部分组成图为与图幼相对应的暗场像一岛内部结构的示意图如图所示结合两图可知图中较明亮的为马氏体板条分别为入、八、入和和之间有明显的界面内部可以隐约看到马氏体内的亚结构为微孪晶图和图为旋转试样方向使入一岛中另一个马氏体中的晶面满足布拉格方程得到的一岛中另一组明暗场相与图相比人变暗人、和人招变亮一岛内部同时出现多个小区域变亮主要是该区域上的马氏体的晶面满足布拉格方程将图司比较得到图中一岛内部结构示意图可以看出一岛内部结构的复杂性图为图中一岛的衍射斑点及其对衍射斑的标定图和图中的明暗场相即由其中的马氏体的衍射斑得到一衍射花样中有两套衍射斑点一套是奥氏体斑点另一套是马氏体斑点通过图可以看出不同奥氏体衍射斑之间距离的关系为〕与之间必夹角为。晶带轴为【不同马氏体的衍射斑之间距离的关系为与之间少夹角为。晶带轴为因此可以得知一岛中的马氏体由过冷奥氏体转变而来满足一定的取向关系即一一、工图为低冷速下获得试样中形状规则一岛的透射电镜像相对于图此图中的一岛结构相对简单可以清晰地看到一岛内部存在微孪晶在轧后慢冷的过程中碳扩散的相对较快在局部区域容易出现贫碳区和富碳区当冷却温度低于相变温度时贫碳区发生相转变使富碳区的碳含量进一步增加富碳的奥氏体降低了相转变温度使过冷奥氏体稳定在相变温度低于马氏体相变开始温度后部分过冷奥氏体转变成马氏体冈马氏体形核较快使一岛中的马氏体取向并不相同如图所示图中马氏体中的微孪晶也进一步证明一岛中形成的马氏体为高碳马氏体这也相应地证明碳的扩散高冷速下一岛的结构图为经再结晶区轧制和未再结晶区轧制快冷后获得的一岛的透射电镜像如图所示铁素体呈板条状平行排列板条长且窄板条界清图规则一岛内部微孪晶一了一王一 ‘ 一〔一飞·〔人一矛一〔图高冷速下获得的试样中一岛的透射电镜像一人的明场相图司中一岛的暗场相另一个衍射斑卜一岛的明场相二图的暗场像入之飞〔、一人一奋飞一一矛飞一〕〔叹、矛一、、。飞〕、、。、。。入一、飞】《、牛、、矛、、、、·〔人一、、、〔‘ 。仟、川、吕。、

第4期阮红志等：高钢级X100管线钢中的M-A岛 ·479· 晰，板条的宽度为0.20.4m,板条的长度远大于成，这就形成所谓的M-A岛.M-A岛中的马氏体由宽度，板条间为小角度晶界.图6(b)为与图6(a) 于含碳量较高，转变成的马氏体为李晶马氏体1. 相对应的暗场像，M-A岛处于板条之间，呈针状或提高冷速，过冷奥氏体的过冷度增加，碳来不薄膜状分布.图6(c)和图6(d)为旋转试样方向，使及实现长程扩散，只能在小的区域富集，使M-A岛试样中其他的某些马氏体满足布拉格方程，得到的由尺寸较大的块状、条状变成尺寸较小，均匀分布 M-A岛另一组明暗场相.从图6(d)中可以看出，M 的块状、条状：进一步增加冷速，会转变成针状和薄 A岛的衬度与基体相近，但出现了另外两条呈针状膜状.针状和薄膜状的M-A岛弱化了板条的界面，的MA岛.相对于前者，长度缩短.由此可知，板降低了界面结合能，极易产生裂纹，从而降低管线条间分布着取向不同的M-A岛. 钢的韧性，这就需要冷却速度不要过大，通过对比高低冷速下获得试样中M-A岛的透 4结论射电镜像可知，提高冷速，试样中条状和块状的M A岛消失，取而代之的是针状和薄膜状的MA岛 (1)MA岛分布在铁素体板条间和不规则铁素这主要由于快冷过程中，碳来不及长程扩散，只能体的边界上，降低冷却开始温度，MA岛的体积分实现短程扩散.当冷却到马氏体相变开始温度以下，数降低，尺寸减小，分布更加均匀. 这些富碳的过冷奥氏体就转变成M-A岛.由于这些 (2)在冷却的过程中，富碳的过冷奥氏体部分 M-A岛宽度偏窄，不容易观察到其内部细微结构，转变成不同取向的马氏体，这些马氏体的亚结构为但应该也为马氏体和过冷奥氏体组成，二者之间的微孪晶，所以M-A岛由残留的过冷奥氏体和孪晶比例应该与成分和工艺有关马氏体组成 (3)提高冷却速度，M-A岛由尺寸较大的块状、 3讨论条状变成尺寸较小且均匀分布的块状、条状；进一管线钢中MA岛是贝氏体钢中的一个重要的步提高冷却速速，转变成针状和薄膜状，弱化了板结构特征，微观结构中M-A岛的含量、尺寸及分布条界面，降低了管线钢的韧性.所以只有控制冷速对管线钢的性能有重要的影响9.管线钢中强度的在一定范围内，才能获得尺寸细小，弥散分布的M 提高是位错强化、细晶强化、沉淀强化及铌钛的碳 A岛氮化物的析出强化等综合作用的结果.对于X70钢级以上的管线钢，组织中出现M-A岛，其强化机制参考文献还应存在MA岛的强化机制.有研究表明10：适当提高材料中M-A岛的体积分数及减小M-A岛的尺 [1]Tong K,Zhuang C J,Liu Q,et al.Microstructure charac- 寸，管线钢的强度将提高：降低材料中MA岛的 teristics of M/A islands in high grade pipeline steel and its 体积分数及减小M-A岛的尺寸，管线钢的韧性将 effect on mechanical properties.Mater Mech Eng,2011, 提高.细小分布的M-A岛能阻止裂纹的扩展，使材 35(2):4 (全珂，庄传晶，刘强，等.高钢级管线钢中M/A岛的微观料不易因应力集中而诱发微裂纹，从而提高材料韧特征及其对力学性能的影响.机械工程材料，2011,35(2)：性.在实验中，降低冷却开始温度及提高冷却速度， 4) 可以降低M-A岛的体积分数，使强化效果减弱，但 [2 Wang XX.Development progress of pipeline steel with 使MA岛的尺寸更加细小，分布更加弥散，从而提 extra-high strength.Welded Pipe Tube,2010,33(2):5 高管线钢的韧性. (王晓香.超高强度管线钢管研发新进展.焊管，2010,33(2)： MA岛的形成原因：当管线钢经过再结晶区 5) 轧制和未再结晶区轧制后，在冷却的过程中，碳原 3]Gao H L.The challenges for pipeline projects devel- 子在奥氏体中扩散并重新分布，形成富碳区和贫碳 opment trend of pipeline steel.Welded Pipe Tube,2010. 区，贫碳区在相变的过程中转变成铁素体板条，使 33(10):5 (高惠临.管道工程面临的挑战与管线钢的发展趋势.焊碳从过饱和的固溶体中脱溶，进一步提高富碳区中管，2010,33(10)：5) 碳的含量，增加了过冷奥氏体的稳定性.当冷却温 4]Zheng L,Fu J Y.Recent development of high performance 度低于马氏体相变开始温度时，过冷奥氏体中部分 pipeline steel.Iron Steel,2006,41(10):1 奥氏体转变成马氏体，由于转变不完全，当冷却到 (郑磊，傅俊岩.高等级管线钢的发展现状.钢铁.2006 室温时，过冷奥氏体由马氏体和部分残留奥氏体组 41(10):1)

第期阮红志等高钢级管线钢中的一岛 · · 晰板条的宽度为卜板条的长度远大于宽度板条间为小角度晶界图为与图相对应的暗场像一岛处于板条之间呈针状或薄膜状分布图和图为旋转试样方向使试样中其他的某些马氏体满足布拉格方程得到的一岛另一组明暗场相从图中可以看出岛的衬度与基体相近但出现了另外两条呈针状的一岛相对于前者长度缩短由此可知板条间分布着取向不同的一岛通过对比高低冷速下获得试样中一岛的透射电镜像可知提高冷速试样中条状和块状的岛消失取而代之的是针状和薄膜状的一岛这主要由于快冷过程中碳来不及长程扩散只能实现短程扩散当冷却到马氏体相变开始温度以下这些富碳的过冷奥氏体就转变成一岛由于这些一岛宽度偏窄不容易观察到其内部细微结构但应该也为马氏体和过冷奥氏体组成二者之间的比例应该与成分和工艺有关成这就形成所谓的一岛一岛中的马氏体由于含碳量较高转变成的马氏体为孪晶马氏体 ‘ 提高冷速过冷奥氏体的过冷度增加碳来不及实现长程扩散只能在小的区域富集使一岛由尺寸较大的块状、条状变成尺寸较小均匀分布的块状、条状进一步增加冷速会转变成针状和薄膜状针状和薄膜状的一岛弱化了板条的界面降低了界面结合能极易产生裂纹从而降低管线钢的韧性这就需要冷却速度不要过大讨论管线钢中一岛是贝氏体钢中的一个重要的结构特征微观结构中岛的含量、尺寸及分布对管线钢的性能有重要的影响管线钢中强度的提高是位错强化、细晶强化、沉淀强化及妮钦的碳氮化物的析出强化等综合作用的结果对于钢级以上的管线钢组织中出现一岛其强化机制还应存在一岛的强化机制有研究表明适当提高材料中一岛的体积分数及减小一岛的尺寸管线钢的强度将提高降低材料中一岛的体积分数及减小一岛的尺寸管线钢的韧性将提高细小分布的一岛能阻止裂纹的扩展使材料不易因应力集中而诱发微裂纹从而提高材料韧性在实验中降低冷却开始温度及提高冷却速度可以降低一岛的体积分数使强化效果减弱但使一岛的尺寸更加细小分布更加弥散从而提高管线钢的韧性一岛的形成原因当管线钢经过再结晶区轧制和未再结晶区轧制后在冷却的过程中碳原子在奥氏体中扩散并重新分布形成富碳区和贫碳区贫碳区在相变的过程中转变成铁素体板条使碳从过饱和的固溶体中脱溶进一步提高富碳区中碳的含量增加了过冷奥氏体的稳定性当冷却温度低于马氏体相变开始温度时过冷奥氏体中部分奥氏体转变成马氏体由于转变不完全当冷却到室温时过冷奥氏体由马氏体和部分残留奥氏体组结论一岛分布在铁素体板条间和不规则铁素体的边界上降低冷却开始温度一岛的体积分数降低尺寸减小分布更加均匀在冷却的过程中富碳的过冷奥氏体部分转变成不同取向的马氏体这些马氏体的亚结构为微孪晶所以一岛由残留的过冷奥氏体和孪晶马氏体组成提高冷却速度一岛由尺寸较大的块状、条状变成尺寸较小且均匀分布的块状、条状进一步提高冷却速速转变成针状和薄膜状弱化了板条界面降低了管线钢的韧性所以只有控制冷速在一定范围内才能获得尺寸细小弥散分布的岛参考文献【 ‘ 亡几夕全坷庄传晶刘强等高钢级管线钢中岛的微观特征及其对力学性能的影响机械工程材料【」 · 乞几 ‘。王晓香超高强度管线钢管研发新进展焊管【〕币’ 甲几乙。高惠临管道工程面临的挑战与管线钢的发展趋势焊管」 · 几亡郑磊傅俊岩高等级管线钢的发展现状钢铁