第11期 牛涛等：炉卷轧机生产X100管线钢的组织特征与强韧性 .1423. 40m 20 图3显微组织的EBSD分析.(a)A试样；(b)B试样；(c)C试样 Fig.3 Microstructural maps analyzed by EBSD:(a)Sample A:(b)Sample B:(c)Sample C 表2有效晶粒尺寸统计结果 Table 2 Statistical results of effective grain size 试样 冲击功/小 方向 平均晶粒尺寸/凸m 最小晶粒尺寸/凸m 最大晶粒尺寸/m 统计数目 123 平行板面 3.05 0.5 26.5 2126 垂直板面 2.18 0.5 15.0 3159 平行板面 2.72 0.5 22.5 2477 207 垂直板面 2.09 0.5 13.5 3294 平行板面 2.21 0.5 18.6 1677 294 垂直板面 1.88 0.5 11.4 2102 「1.4Ea。W☑1/2 Dd (1) 成.另外，也没有出现MS和Mo2C相，但有少量的 AlN和CaS相. 式中，ō为裂纹扩展抗力，E为弹性模量，a。为裂纹 M(C,N)相中各元素在合金中的质量分数及在 临界尺寸，W为板条界上偏斜塑性功，D为板条束 相中的原子分数见表3.X100管线钢中M(C,N)的 宽度，d为板条宽度，可见，裂纹扩展抗力σ与有效 名义化学式为(Nb0.655Ti0.317Mo0.027)(C0.576N0.424) 晶粒尺寸D2具有线性关系.随着有效晶粒尺寸的 由表3可以看出，所添加的钼元素只有非常少量的 减小，裂纹在相同的扩展路径内遇到了更多大角度晶 析出，并没有形成单独的碳氮化物，因此大部分钼元 界的阻碍与折射，从而有效提高了材料的冲击韧性山. 素已经固溶在基体中，提高了钢的淬透性 (2)在三个试样的统计结果中，平行于板面方 表3MC相各元素的质量分数及原子分数 向的平均有效晶粒尺寸均大于垂直于板面方向的晶 Table 3 Mass and element contents of MC phases in X100 pipeline steel % 粒尺寸，两者的比值为1.2~1.3，说明X100管线钢 组织具有一定的方向性，晶粒沿着轧制方向有一定 元素 Nb Ti Mo C" N 总计 的延伸.这主要是由于X100管线钢在第二阶段轧 质量分数0.0410.0100.0020.005°0.0040.062 制的温度较低，且轧后冷却速率较高，因此在非再结 原子分数32.7615.861.3728.79”21.21100 晶区的变形效果保留得更为明显，对比其冲击韧性 注：C为计算值 可以看出，C试样组织方向性最小，低温韧性也最 2.3.2析出相的尺寸分布 高，因此，减小有效晶粒尺寸、提高组织的均匀程度 由图4可以看出，X100管线钢中的析出粒子比 是改善管线钢低温韧性的有效途径， 较细小，5nm以下粒子的体积分数达到了1.3%，峰 2.3X100管线钢第二相析出及其强化机理 值出现在18~36nm,平均尺寸为45.4nm: 2.3.1析出相结构及成分分析结果 2.3.3析出强化计算 用物理化学相分析方法定量分析析出相.结果 采用Ashby-Orowan修正模型，模型以位错线 表明，X100管线钢中析出相只有M(C,N),没有发 在滑移面上两个相邻粒子之间“弓出”，第二相粒子 现在以往X70、X80管线钢中经常出现的M3C相； 混乱分布为依据，对析出强化有： 这是由于在X100管线钢中添加了0.3%左右的 Mo,再加上冷却速率较快，充分抑制了珠光体的形 △，= 0.538Gbf1m2六 X (2)图3 显微组织的 EBSD 分析．（a） A 试样；（b） B 试样；（c） C 试样 Fig．3 Microstructural maps analyzed by EBSD：（a） Sample A；（b） Sample B；（c） Sample C 表2 有效晶粒尺寸统计结果 Table2 Statistical results of effective grain size 试样 冲击功／J 方向 平均晶粒尺寸／μm 最小晶粒尺寸／μm 最大晶粒尺寸／μm 统计数目 A 123 平行板面 3∙05 0∙5 26∙5 2126 垂直板面 2∙18 0∙5 15∙0 3159 B 207 平行板面 2∙72 0∙5 22∙5 2477 垂直板面 2∙09 0∙5 13∙5 3294 C 294 平行板面 2∙21 0∙5 18∙6 1677 垂直板面 1∙88 0∙5 11∙4 2102 σ＝ 1∙4Eac W Dd 1／2 （1） 式中‚σ为裂纹扩展抗力‚E 为弹性模量‚ac 为裂纹 临界尺寸‚W 为板条界上偏斜塑性功‚D 为板条束 宽度‚d 为板条宽度．可见‚裂纹扩展抗力 σ与有效 晶粒尺寸 D － 1 2具有线性关系．随着有效晶粒尺寸的 减小‚裂纹在相同的扩展路径内遇到了更多大角度晶 界的阻碍与折射‚从而有效提高了材料的冲击韧性［11］． （2） 在三个试样的统计结果中‚平行于板面方 向的平均有效晶粒尺寸均大于垂直于板面方向的晶 粒尺寸‚两者的比值为1∙2～1∙3‚说明 X100管线钢 组织具有一定的方向性‚晶粒沿着轧制方向有一定 的延伸．这主要是由于 X100管线钢在第二阶段轧 制的温度较低‚且轧后冷却速率较高‚因此在非再结 晶区的变形效果保留得更为明显．对比其冲击韧性 可以看出‚C 试样组织方向性最小‚低温韧性也最 高．因此‚减小有效晶粒尺寸、提高组织的均匀程度 是改善管线钢低温韧性的有效途径． 2∙3 X100管线钢第二相析出及其强化机理 2∙3∙1 析出相结构及成分分析结果 用物理化学相分析方法定量分析析出相．结果 表明‚X100管线钢中析出相只有 M（C‚N）‚没有发 现在以往 X70、X80管线钢中经常出现的 M3C 相； 这是由于在 X100管线钢中添加了0∙3％左右的 Mo‚再加上冷却速率较快‚充分抑制了珠光体的形 成．另外‚也没有出现 MnS 和 Mo2C 相‚但有少量的 AlN 和 CaS 相． M（C‚N）相中各元素在合金中的质量分数及在 相中的原子分数见表3．X100管线钢中 M（C‚N）的 名义化学式为（Nb0∙655Ti0∙317Mo0∙027）（C0∙576N0∙424）． 由表3可以看出‚所添加的钼元素只有非常少量的 析出‚并没有形成单独的碳氮化物‚因此大部分钼元 素已经固溶在基体中‚提高了钢的淬透性． 表3 MC 相各元素的质量分数及原子分数 Table3 Mass and element contents of MC phases in X100 pipeline steel ％ 元素 Nb Ti Mo C ∗ N 总计 质量分数 0∙041 0∙010 0∙002 0∙005∗ 0∙004 0∙062 原子分数 32∙76 15∙86 1∙37 28∙79∗ 21∙21 100 注：C ∗为计算值． 2∙3∙2 析出相的尺寸分布 由图4可以看出‚X100管线钢中的析出粒子比 较细小‚5nm 以下粒子的体积分数达到了1∙3％‚峰 值出现在18～36nm‚平均尺寸为45∙4nm． 2∙3∙3 析出强化计算 采用 Ashby－Orowan 修正模型．模型以位错线 在滑移面上两个相邻粒子之间“弓出”‚第二相粒子 混乱分布为依据‚对析出强化有： Δσp＝ 0∙538Gbf 1／2 V X ln X 2b （2） 第11期 牛 涛等： 炉卷轧机生产 X100管线钢的组织特征与强韧性 ·1423·