第2期 许磊等：变形量及N含量对油井管用中碳V一TN微合金钢显微组织的影响 ,175 程中工件产生变形或开裂，并且改善了劳动条件，减 氏体转变后铁素体晶粒的细化-] 少热处理所产生的污染，因此具有良好的经济效益 本研究针对三种中碳V一Ti一N微合金钢采用 和社会效益山 类在线常化工艺生产非调质热轧无缝油井管，研究 目前，非调质钢已在汽车、模具和管线钢等领域 了张力减径过程变形及N对钢室温组织的影响， 得到了应用].但是目前中碳非调质钢也存在强度 有余、韧性不足的缺陷2]，经过研究发现，提高铁 1实验材料及方法 素体含量，减小铁素体晶粒尺寸可以解决此问题， 1.1实验材料 此外，研究表明工业生产中，穿管和轧管变形过程， 三种实验用钢的实测化学成分如表1.首先将 由于温度较高，微合金钢发生动态再结晶后奥氏体 钢真空冶炼成40kg的铸锭，然后将铸锭加热到 晶粒继续长大]，所以这两个阶段变形对钢的最终 1200℃保温90mim,并在1100~1000℃内锻造，随 室温组织影响很小，但张力减径过程中，由于变形 后空冷至室温.从锻造后的坯料上切下8mmX 温度较低，此过程的变形有利于随后控冷过程中奥 15mm的模拟试样. 表1实验用钢的化学成分（质量分数） Table 1 Composition of experimental steels % 钢种 Si Mn P S Ti Al N LCLN 0.26 0.38 1.48 0.0062 0.006 0.093 0.012 ≤0.005 0.012 HCLN 0.34 0.42 1.53 0.0080 0.008 0.099 0.0090 ≤0.005 0.011 HCHN 0.34 0.44 1.54 0.0066 0.007 0.098 0.013 ≤0.005 0.023 1.2 实验方法 由图2可以观察到，三种实验钢的原始组织均 采用Gleeble一l500热模拟试验机进行物理模 为晶界铁素体、晶内铁素体和珠光体构成，因C含 拟实验，具体工艺如图1所示，经过热加工处理后 量低，LCLN钢中铁素体最多，其组织中晶内铁素体 的试样，采用线切割沿轴向切开，制成金相试样.采 也最多，见图2(a);而较高C含量的HCLN钢和 用3%硝酸酒精腐蚀，进行组织观察分析，并采用 HCHN钢中的晶内铁素体则较少，且HCHN钢中的 Image Tool图像分析软件统计组织中铁素体含量和 铁素体含量远高于HCLN钢，见图2(b,c)及表2. 晶粒尺寸 王安东]利用ThermoCalc热力学软件计算了N对 本实验用钢中析出的影响，结果表明N含量的增 +1200℃，10min 大，有利于提高实验钢中TiN、(Ti,V)(C,N)等颗粒 0809℃70%.40%，60% 的稳定性，这将提高钢在均热过程中的抗晶粒粗化 6.7℃s 3℃5 /6.7℃s10s入2℃s1 能力[8]，由图2中的晶界铁素体所勾划出的奥氏体 650℃ 600 0.1℃s7 550℃ 轮廓也可以看到，原始锻态情况下，奥氏体转变前， 10℃s1 与HCLN钢相比，HCHN钢的奥氏体更加细小，这 水淬 可能导致了奥氏体分解后，HCHN钢中铁素体的含 室温 量远高于HCLN钢. 时间 图4是HCLN钢经800℃变形不同变形量室温 组织中铁素体含量，由图3和图4可以看到：经过 图1模拟无缝管生产工艺（无穿管和轧管）的热加工工艺示意 如图1所示工艺热加工后，随着变形量的增大， 图 Fig.I Schematic diagram of the simulated seamless tubing process. HCLN钢中铁素体的析出量随之增多，且当变形量 with piercing and tube rolling stages omitted 增大到40%以上时，组织中析出了许多晶内铁素 体；而HCLN和HCHN钢经过800℃变形60%后 2实验结果 控冷后，其显微组织（图3(d)和3(e)中铁素体量较 其对应的原始组织（图2(a)和2(c)有相当明显的 图2为三种实验钢的原始锻态组织形貌，图3 增加，表2中的定量金相分析结果更清楚地表明了 为经过热加工后几种实验钢的室温组织形貌. 这一点程中工件产生变形或开裂‚并且改善了劳动条件‚减 少热处理所产生的污染‚因此具有良好的经济效益 和社会效益［1］． 目前‚非调质钢已在汽车、模具和管线钢等领域 得到了应用［2］．但是目前中碳非调质钢也存在强度 有余、韧性不足的缺陷［2－5］．经过研究发现‚提高铁 素体含量‚减小铁素体晶粒尺寸可以解决此问题． 此外‚研究表明工业生产中‚穿管和轧管变形过程‚ 由于温度较高‚微合金钢发生动态再结晶后奥氏体 晶粒继续长大［6］‚所以这两个阶段变形对钢的最终 室温组织影响很小．但张力减径过程中‚由于变形 温度较低‚此过程的变形有利于随后控冷过程中奥 氏体转变后铁素体晶粒的细化［7－8］． 本研究针对三种中碳 V－Ti－N 微合金钢采用 类在线常化工艺生产非调质热轧无缝油井管‚研究 了张力减径过程变形及 N 对钢室温组织的影响． 1 实验材料及方法 1∙1 实验材料 三种实验用钢的实测化学成分如表1．首先将 钢真空冶炼成40kg 的铸锭‚然后将铸锭加热到 1200℃保温90min‚并在1100～1000℃内锻造‚随 后空冷至室温．从锻造后的坯料上切下●8mm× 15mm的模拟试样． 表1 实验用钢的化学成分（质量分数） Table1 Composition of experimental steels ％ 钢种 C Si Mn P S V Ti Al N LCLN 0∙26 0∙38 1∙48 0∙0062 0∙006 0∙093 0∙012 ≤0∙005 0∙012 HCLN 0∙34 0∙42 1∙53 0∙0080 0∙008 0∙099 0∙0090 ≤0∙005 0∙011 HCHN 0∙34 0∙44 1∙54 0∙0066 0∙007 0∙098 0∙013 ≤0∙005 0∙023 1∙2 实验方法 采用 Gleeble－1500热模拟试验机进行物理模 拟实验‚具体工艺如图1所示．经过热加工处理后 的试样‚采用线切割沿轴向切开‚制成金相试样．采 用3％硝酸酒精腐蚀‚进行组织观察分析‚并采用 Image Tool 图像分析软件统计组织中铁素体含量和 晶粒尺寸． 图1 模拟无缝管生产工艺（无穿管和轧管）的热加工工艺示意 图 Fig．1 Schematic diagram of the simulated seamless tubing process‚ with piercing and tube-rolling stages omitted 2 实验结果 图2为三种实验钢的原始锻态组织形貌．图3 为经过热加工后几种实验钢的室温组织形貌． 由图2可以观察到‚三种实验钢的原始组织均 为晶界铁素体、晶内铁素体和珠光体构成．因 C 含 量低‚LCLN 钢中铁素体最多‚其组织中晶内铁素体 也最多‚见图2（a）；而较高 C 含量的 HCLN 钢和 HCHN 钢中的晶内铁素体则较少‚且 HCHN 钢中的 铁素体含量远高于 HCLN 钢‚见图2（b‚c）及表2． 王安东［9］利用 ThermoCalc 热力学软件计算了 N 对 本实验用钢中析出的影响‚结果表明 N 含量的增 大‚有利于提高实验钢中 TiN、（Ti‚V）（C‚N）等颗粒 的稳定性‚这将提高钢在均热过程中的抗晶粒粗化 能力［8］．由图2中的晶界铁素体所勾划出的奥氏体 轮廓也可以看到‚原始锻态情况下‚奥氏体转变前‚ 与 HCLN 钢相比‚HCHN 钢的奥氏体更加细小‚这 可能导致了奥氏体分解后‚HCHN 钢中铁素体的含 量远高于 HCLN 钢． 图4是 HCLN 钢经800℃变形不同变形量室温 组织中铁素体含量．由图3和图4可以看到：经过 如图1所示工艺热加工后‚随着变形量的增大‚ HCLN 钢中铁素体的析出量随之增多‚且当变形量 增大到40％以上时‚组织中析出了许多晶内铁素 体；而 HCLN 和 HCHN 钢经过800℃变形60％后 控冷后‚其显微组织（图3（d）和3（e））中铁素体量较 其对应的原始组织（图2（a）和2（c））有相当明显的 增加．表2中的定量金相分析结果更清楚地表明了 这一点． 第2期 许 磊等： 变形量及 N 含量对油井管用中碳 V－Ti－N 微合金钢显微组织的影响 ·175·