·290· 北京科技大学学报 第34卷 映有效晶粒尺寸.因此，明确不同工艺条件下管 Mo的X80管线钢成分.为了研究不同工艺条件下 线钢相变组织中大角晶界分布及密度变化，能更清 大角晶界的分布情况，采用了四种不同的变形冷却 晰分析工艺与组织和性能的关系.此外，焊接热影 工艺，样品工艺状态差别如表1所示.试样1直接 响区的组织属于无变形条件下的相变，主要受成分 取自于工业X80热轧平板，非再结晶区的累积压下 和热输入量的影响.对无变形条件下的贝氏体相变 量为62%，冷却速率为15~18℃s1;试样2取自 驱动力与相变晶体学取向的研究表明：低相变 于实验热轧钢板，该钢板和工业X80热轧平板（试 驱动力条件下，相变产物的晶体学取向与母相保持 样1)为同一铸坯轧制，同样采用62%的非再结晶区 取向关系且变体选择更单一；高相变驱动力条件下， 累积压下量，冷却速率为30~35℃·s1,实验室轧 奥氏体内相变产物的变体选择明显变多.单一取向 制钢的冷速大约是工业热轧钢的2倍：试样3及试 的变体之间表现为小取向差，强烈的变体选择将导 样4为工业X80钢热轧平板（试样1）单道次焊接热 致大角晶界密度大大下降，有效晶粒粗大 模拟试样，这两种热模拟试样被分别加工为尺寸 目前，电子背散射衍射技术的使用能有效地评 10mm×10mm×55mm的毛坯样，在Gleeble-1500 价材料中组织的取向差特征，确定大、小角晶界的分 上完成单道次焊接热循环，将试样以130℃·s1加 布情况，并可对不同晶粒的取向特征进行分 热到1300℃，并在高温停留不同的时间(1：)，然后 析00.本文利用电子背散射衍射技术研究了高 分别以不同的1ss时间（从800℃冷却到500℃的时 级别管线钢中奥氏体变形和冷却速率对中温转变组 间)冷却，以模拟25.4mm厚平板实际焊接中的不同 织取向差分布及大角晶界密度的影响，并对显微组 热输入条件(50和20kJ·cm-1),两试样在900℃以上 织类型演变及原奥氏体晶粒、晶界的状态进行了分 的tH为23.7和7.5s,gs为58.7和9.5s,分别对应 析，以便阐明奥氏体变形及冷却速率对贝氏体组织 800℃到500℃之间的冷速为5℃·s-1和32℃·s-1. 中大角晶界的影响及与韧性的关系 对于试样1和试样2，沿试样平行轧制方向取3mm厚 度薄片，而对试样3和试样4垂直于热模拟试样长度 实验方法 方向取样，通过机械研磨、机械抛光后，采用Struers半 实验材料的成分（质量分数）为：C0.04%,Mn 自动电解抛光浸蚀设备进行电解抛光，制成电子背散 1.75%,Si0.22%,Nb0.1%,Ti0.015%,Cu+Cr+ 射衍射观测试样，最终数据使用HKL软件进行分析， Al0.51%,Fe余量，是典型的低C高Mn高Nb无 得到衬度图、取向差分布图及大角晶界间距等结果 表1各试样非再结品温度下累计变形量和冷却速率参数 Table 1 Accumulation reduction under the non-recrystallization temperature and cooling rate of tested samples 试样 材料来源 非再结品温度以下的累计变形/% 冷却速率/（℃·s1) 1 工业X80热轧平板 62 15~18 2 实验轧制平板 62 30~35 焊接热模拟实验 0 5 4 焊接热模拟实验 0 32 10μm,晶粒小而均匀.同时，图1(b)显示，粒状贝 2 实验结果 氏体(GB)中的贝氏体与铁素体之间为小角晶界. 图1为试样1和试样2电子背散射衍射扫描所 对于高冷却速率所对应的试样2，大角晶界（取向差 得的衬度图和大角度晶界（≥15）勾勒图.衬度图 ≥15)如图1()中细亮线所示，最大贝氏体束的尺 (图1(a)和1(c))所显示图像和光学显微组织一 寸也小于10m,但有更多份额的贝氏体束的尺寸 致，颜色深代表解析度低，通常相界、晶界等因素会 小于5um,试样2的平均有效晶粒尺寸比试样1要 引起解析度低，衬度图能有效地显示金相形貌学上 小.此外，由于两个试样在非再结晶温度(T）下均 的特征.图1(b)中细亮线表征了试样1中晶体取 有62%的变形量，两试样中压扁的原奥氏体晶粒宽 向差大于15的晶界.可见，对于试样1，大角度晶 度相近，分别为16和18m(如图1(a)和1(c)中双 界与衬度图形貌所显示的晶界基本吻合，即针状铁 箭头标记所示).但是由于两试样冷却速率不同， 素体(AF)晶粒就是有效晶粒，有效晶粒尺寸小于 其相变产物有较大差异，即工业X80钢（试样1）北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 映有效晶粒尺寸［6］． 因此，明确不同工艺条件下管 线钢相变组织中大角晶界分布及密度变化，能更清 晰分析工艺与组织和性能的关系． 此外，焊接热影 响区的组织属于无变形条件下的相变，主要受成分 和热输入量的影响． 对无变形条件下的贝氏体相变 驱动力与相变晶体学取向的研究［7--9］表明: 低相变 驱动力条件下，相变产物的晶体学取向与母相保持 取向关系且变体选择更单一; 高相变驱动力条件下， 奥氏体内相变产物的变体选择明显变多． 单一取向 的变体之间表现为小取向差，强烈的变体选择将导 致大角晶界密度大大下降，有效晶粒粗大． 目前，电子背散射衍射技术的使用能有效地评 价材料中组织的取向差特征，确定大、小角晶界的分 布 情 况，并可对不同晶粒的取向特征进行分 析［10--11］． 本文利用电子背散射衍射技术研究了高 级别管线钢中奥氏体变形和冷却速率对中温转变组 织取向差分布及大角晶界密度的影响，并对显微组 织类型演变及原奥氏体晶粒、晶界的状态进行了分 析，以便阐明奥氏体变形及冷却速率对贝氏体组织 中大角晶界的影响及与韧性的关系． 1 实验方法 实验材料的成分( 质量分数) 为: C 0. 04% ，Mn 1. 75% ，Si 0. 22% ，Nb 0. 1% ，Ti 0. 015% ，Cu + Cr + Al 0. 51% ，Fe 余量，是典型的低 C 高 Mn 高 Nb 无 Mo 的 X80 管线钢成分． 为了研究不同工艺条件下 大角晶界的分布情况，采用了四种不同的变形冷却 工艺，样品工艺状态差别如表 1 所示． 试样 1 直接 取自于工业 X80 热轧平板，非再结晶区的累积压下 量为 62% ，冷却速率为 15 ～ 18 ℃·s － 1 ; 试样 2 取自 于实验热轧钢板，该钢板和工业 X80 热轧平板( 试 样 1) 为同一铸坯轧制，同样采用 62% 的非再结晶区 累积压下量，冷却速率为 30 ～ 35 ℃·s － 1 ，实验室轧 制钢的冷速大约是工业热轧钢的 2 倍; 试样 3 及试 样 4 为工业 X80 钢热轧平板( 试样 1) 单道次焊接热 模拟试样，这两种热模拟试样被分别加工为尺寸 10 mm × 10 mm × 55 mm 的毛坯样，在 Gleeble--1500 上完成单道次焊接热循环，将试样以 130 ℃·s － 1 加 热到 1 300 ℃，并在高温停留不同的时间( tH ) ，然后 分别以不同的 t8 /5时间( 从 800 ℃ 冷却到 500 ℃ 的时 间) 冷却，以模拟 25. 4 mm 厚平板实际焊接中的不同 热输入条件( 50 和 20 kJ·cm － 1 ) ，两试样在 900 ℃以上 的 tH为 23. 7 和 7. 5 s，t8 /5为 58. 7 和 9. 5 s，分别对应 800 ℃到500 ℃ 之间的冷速为 5 ℃·s － 1 和 32 ℃·s － 1 ． 对于试样1 和试样2，沿试样平行轧制方向取3 mm 厚 度薄片，而对试样 3 和试样 4 垂直于热模拟试样长度 方向取样，通过机械研磨、机械抛光后，采用 Struers 半 自动电解抛光浸蚀设备进行电解抛光，制成电子背散 射衍射观测试样，最终数据使用 HKL 软件进行分析， 得到衬度图、取向差分布图及大角晶界间距等结果． 表 1 各试样非再结晶温度下累计变形量和冷却速率参数 Table 1 Accumulation reduction under the non-recrystallization temperature and cooling rate of tested samples 试样 材料来源 非再结晶温度以下的累计变形/% 冷却速率/( ℃·s － 1 ) 1 工业 X80 热轧平板 62 15 ～ 18 2 实验轧制平板 62 30 ～ 35 3 焊接热模拟实验 0 5 4 焊接热模拟实验 0 32 2 实验结果 图 1 为试样 1 和试样 2 电子背散射衍射扫描所 得的衬度图和大角度晶界( ≥15°) 勾勒图． 衬度图 ( 图 1( a) 和 1 ( c) ) 所显示图像和光学显微组织一 致，颜色深代表解析度低，通常相界、晶界等因素会 引起解析度低，衬度图能有效地显示金相形貌学上 的特征． 图 1( b) 中细亮线表征了试样 1 中晶体取 向差大于 15°的晶界． 可见，对于试样 1，大角度晶 界与衬度图形貌所显示的晶界基本吻合，即针状铁 素体( AF) 晶粒就是有效晶粒，有效晶粒尺寸小于 10 μm，晶粒小而均匀． 同时，图 1( b) 显示，粒状贝 氏体( GB) 中的贝氏体与铁素体之间为小角晶界． 对于高冷却速率所对应的试样 2，大角晶界( 取向差 ≥15°) 如图 1( d) 中细亮线所示，最大贝氏体束的尺 寸也小于 10 μm，但有更多份额的贝氏体束的尺寸 小于 5 μm，试样 2 的平均有效晶粒尺寸比试样 1 要 小． 此外，由于两个试样在非再结晶温度( Tnr ) 下均 有 62% 的变形量，两试样中压扁的原奥氏体晶粒宽 度相近，分别为 16 和 18 μm( 如图 1( a) 和 1( c) 中双 箭头标记所示) ． 但是由于两试样冷却速率不同， 其相变产物有较大差异，即工业 X80 钢( 试样 1) ·290·