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D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.08.019 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2007 组织形貌对X80管线钢性能影响 任毅张帅王爽 鞍钢股份有限公司技术中心，鞍山114001 摘要通过光学显微镜和透射电镜对不同工艺生产的X80管线钢的微观组织、位错形态及析出相等进行了对比分析，结合 力学性能检测，研究了X80组织形貌对力学性能的影响.研究表明，针状铁素体晶粒大小、析出相分布、位错密度及位错形态 对材料强度、韧性、脆性转变温度有明显的影响，通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化等综合强化方式获得了综合力 学性能良好的X80管线钢 关键词管线钢：针状铁素体：位错：析出相：力学性能 分类号TG113.2 近年来实施的西气东输工程，将国内管线钢的 在X80钢的成分中，Mo元素可扩大针状铁素体的 研制推向了一个新的高度，同时对X70管线钢的韧 转变温度范围，而且对钢板有明显的强化作用山： 性也提出了前所未有的要求，随着对清洁能源的需 Mn固溶在基体中，可使晶格产生畸变，形成的弹性 求越来越高，在西气东输一线基础上筹建二线已成 应变场对位错运动有阻碍作用，从而产生固溶强化 为中石油“十一五”的一个专项工作.二线全长 作用).本文采用了不同的工艺方法，以期获得不 7000多km;借鉴一线经验，二线拟采用X80钢材， 同的组织形貌，研究其对性能的影响， 无论管径、输送压力，还是壁厚都高于西气东输一线 2 设计.世界上X80管线经十年的发展，共建成 材料制备 2500km,西气东输二线设计7000多km,全部采用 采用100t转炉冶炼，LF十VD精炼处理，连铸 X80钢材，将中国管道水平一下推到世界前列.管 成230mm的板坯，经4300mm厚板轧机采用两种 道要建设，钢材是关键、目前国内针对西气东输二 不同的轧制及冷却工艺生产出两块18.4mm厚板， 线工程的选材方向，冶金材料工作者纷纷开展X80 分别记为1和2#试板，其化学成分见表1.由表可 管线钢的研究工作， 见试制的X80管线钢Mn的含量较高， 1实验方案 表1实验用钢的实际成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of test steels % 国际上研制X80管线钢采取的方法较多，有的 Mo.Nb.V. C Si Mn N 采用贝氏体组织，有的采用低碳马氏体组织，本研究 Ti,Ni,Cm等 采用针状铁素体组织，为达到X80钢的强韧性匹配 0.0390.241.730.00890.00170.0034 <0.98 要求，提高针状铁素体的强度，在研究X80成分及 组织设计方面采用如下方案：增加固溶元素及其含 3 实验结果及分析 量，采用固溶强化：增加位错密度，实现位错强化；使 析出相细小弥散析出，实现析出强化；细化晶粒，实 3.1力学性能 现细晶强化，为此，在X80成分设计中大幅度降低 轧后钢板的力学性能如表2所示，由表可见： 碳含量，选择Mn、Mo、Nb和Ti等微合金元素的最 2#试样的拉伸强度、冲击韧性及DWTT(drop 佳匹配，在适当的冷却速度范围内获得具有高密度 weight tear test)均满足了X80管线钢的要求，l试 位错的细小铁素体板条束，提高钢的强度和韧性· 样屈服强度Ro5与X80的要求差15Nmm2,其 他力学性能测试也均满足X80管线钢的要求；2“试 收稿日期：2007-03-03修回日期：2007-05-21 样的力学性能明显优于1#试样. 作者简介：任毅(1969一)女，高级工程师，硕士组织形貌对 X80管线钢性能影响 任 毅 张 帅 王 爽 鞍钢股份有限公司技术中心鞍山114001 摘 要 通过光学显微镜和透射电镜对不同工艺生产的 X80管线钢的微观组织、位错形态及析出相等进行了对比分析．结合 力学性能检测研究了 X80组织形貌对力学性能的影响．研究表明针状铁素体晶粒大小、析出相分布、位错密度及位错形态 对材料强度、韧性、脆性转变温度有明显的影响通过固溶强化、细晶强化、位错强化、析出强化等综合强化方式获得了综合力 学性能良好的 X80管线钢． 关键词 管线钢；针状铁素体；位错；析出相；力学性能 分类号 TG113∙2 收稿日期：2007-03-03 修回日期：2007-05-21 作者简介：任 毅（1969—）女高级工程师硕士 近年来实施的西气东输工程将国内管线钢的 研制推向了一个新的高度同时对 X70管线钢的韧 性也提出了前所未有的要求．随着对清洁能源的需 求越来越高在西气东输一线基础上筹建二线已成 为中石油“十一五” 的一个专项工作．二线全长 7000多 km；借鉴一线经验二线拟采用 X80钢材 无论管径、输送压力还是壁厚都高于西气东输一线 设计．世界上 X80 管线经十年的发展共建成 2500km西气东输二线设计7000多 km全部采用 X80钢材将中国管道水平一下推到世界前列．管 道要建设钢材是关键．目前国内针对西气东输二 线工程的选材方向冶金材料工作者纷纷开展 X80 管线钢的研究工作． 1 实验方案 国际上研制 X80管线钢采取的方法较多有的 采用贝氏体组织有的采用低碳马氏体组织本研究 采用针状铁素体组织．为达到 X80钢的强韧性匹配 要求提高针状铁素体的强度在研究 X80成分及 组织设计方面采用如下方案：增加固溶元素及其含 量采用固溶强化；增加位错密度实现位错强化；使 析出相细小弥散析出实现析出强化；细化晶粒实 现细晶强化．为此在 X80成分设计中大幅度降低 碳含量选择 Mn、Mo、Nb 和 Ti 等微合金元素的最 佳匹配在适当的冷却速度范围内获得具有高密度 位错的细小铁素体板条束提高钢的强度和韧性． 在 X80钢的成分中Mo 元素可扩大针状铁素体的 转变温度范围而且对钢板有明显的强化作用［1］； Mn 固溶在基体中可使晶格产生畸变形成的弹性 应变场对位错运动有阻碍作用从而产生固溶强化 作用［2］．本文采用了不同的工艺方法以期获得不 同的组织形貌研究其对性能的影响． 2 材料制备 采用100t 转炉冶炼LF＋VD 精炼处理连铸 成230mm 的板坯经4300mm 厚板轧机采用两种 不同的轧制及冷却工艺生产出两块18∙4mm 厚板 分别记为1＃和2＃试板其化学成分见表1．由表可 见试制的 X80管线钢 Mn 的含量较高． 表1 实验用钢的实际成分（质量分数） Table1 Chemical composition of test steels ％ C Si Mn P S N MoNbV TiNiCu 等 0∙039 0∙24 1∙73 0∙0089 0∙0017 0∙0034 ＜0∙98 3 实验结果及分析 3∙1 力学性能 轧后钢板的力学性能如表2所示．由表可见： 2＃ 试样的拉伸强度、冲击韧 性 及 DWTT （dropweight tear test）均满足了 X80管线钢的要求1＃试 样屈服强度 Rt0∙5与 X80的要求差15N·mm —2其 他力学性能测试也均满足 X80管线钢的要求；2＃试 样的力学性能明显优于1＃试样． 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．019