本文詳細(xì)介紹了X80管線(xiàn)鋼鋼坯加熱軋制過(guò)程中，奧氏體細(xì)化技術(shù)和厚規(guī)格X80鋼板水冷過(guò)程組織形態(tài)控制技術(shù)的研究工作。研究結(jié)果表明：在X80鋼坯加熱過(guò)程采用低溫加熱1160-1180℃和均熱保溫時(shí)間40min的工藝，將有效控制鋼坯原始奧氏體晶粒尺寸；通過(guò)強(qiáng)化粗軋最后2道次和精軋最后1道次壓下的工藝，可充分壓扁細(xì)化奧氏體晶粒；通過(guò)適當(dāng)增大冷卻速率和降低終冷溫度，最終鋼板獲得超細(xì)化勻質(zhì)的針狀鐵素體和少量且細(xì)小彌散的M-A島組織。

X80寬厚板管線(xiàn)鋼隨著厚度規(guī)格的增加其生產(chǎn)難度急劇增大，可謂“一分厚度十分難度，即鋼板厚度每增加1mm，落錘性能難度就要增加10倍”；特別是對(duì)于厚度規(guī)格在25mm以上的X80寬厚板管線(xiàn)鋼，其厚度截面組織的細(xì)化程度直接影響到低溫落錘性能，成為鋼種開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

1.1加熱過(guò)程奧氏體細(xì)化技術(shù)研究

在鋼坯加熱過(guò)程中，要考慮兩方面內(nèi)容：原始奧氏體晶粒度的控制、第二相溶解及成分均勻化；即要保證盡可能多的Nb固溶，同時(shí)利用彌散分布的細(xì)小TiN質(zhì)點(diǎn)和較低加溫溫度，有效抑制原始奧氏體晶粒長(zhǎng)大，為有效促使大壁厚X80管線(xiàn)鋼獲得細(xì)化均勻的組織提供良好的前提條件。為此，利用高溫激光共焦顯微鏡深入研究了X80鋼坯在加熱過(guò)程中Nb溶解行為和奧氏體晶粒長(zhǎng)大規(guī)律。

在高溫激光顯微鏡下，以100℃/min把試樣分別加熱到1140、1160、1180和1200℃，并對(duì)不同加熱溫度和不同加熱時(shí)間下，奧氏體晶粒尺寸進(jìn)行觀察測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）隨著加熱溫度的升高，原始奧氏體晶粒不斷長(zhǎng)大。當(dāng)加熱溫度升高到1200℃時(shí)，奧氏體晶粒出現(xiàn)粗化現(xiàn)象；

2）隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，原始奧氏體晶粒呈不斷粗化的趨勢(shì)。當(dāng)加熱溫度為1180℃時(shí)，不同保溫時(shí)間下奧氏體晶粒長(zhǎng)大的情況不同；當(dāng)保溫時(shí)間控制在40min以?xún)?nèi)時(shí)，奧氏體晶粒已充分奧氏體化且較均勻；當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到60min時(shí)，奧氏體晶粒出現(xiàn)粗大且不均勻的現(xiàn)象。

在此采用Irvine公式：l og[Nb][C+12/14N]=-6770/ T+2.16，并結(jié)合X80鋼坯成分體系中C、N和Nb含量，計(jì)算出Nb完全固溶溫度為1177℃。因此，在綜合考慮Nb的溶解和奧氏體晶粒大小的基礎(chǔ)上，其加熱溫度與Nb的溶解、母相奧氏體長(zhǎng)大之間的關(guān)系如圖1所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，X80鋼坯合理的加熱工藝為1160-1180℃低溫加熱和均熱時(shí)間為40min，將有效控制鋼坯加熱過(guò)程原始奧氏體晶粒度，為最終鋼板組織細(xì)化均勻起到至關(guān)重要的作用。

1.2軋制過(guò)程奧氏體細(xì)化技術(shù)研究

在粗軋階段，通過(guò)對(duì)形變控制使鋼坯原始奧氏體晶粒充分再結(jié)晶，以獲得進(jìn)入精軋階段前細(xì)小的奧氏體晶粒；在精軋階段，繼續(xù)通過(guò)形變控制使奧氏體晶粒充分扁平化。對(duì)于X80管線(xiàn)鋼控軋制度，重點(diǎn)圍繞粗軋最后2道次和精軋最后1道次的壓下進(jìn)行工藝優(yōu)化，以充分細(xì)化和均勻化原始奧氏體晶粒，為水冷過(guò)程中獲得良好的相變組織提供前提條件，可有效提高最終鋼板的低溫韌性。

在此，對(duì)比了2種不同控軋規(guī)程對(duì)X80鋼板心部奧氏體晶粒細(xì)化程度，不同控軋規(guī)程主要體現(xiàn)在粗軋最后2道次和精軋最后1道次的壓下率，如圖2所示。

由圖2可知，以上兩種不同控軋規(guī)程道次變形工藝存在很大差別，1#規(guī)程道次變形率主要強(qiáng)調(diào)粗軋最后2道次和精軋最后1道次，粗軋道次變形率越來(lái)越大，呈上升趨勢(shì)，尤其最后1道次達(dá)到20%以上；精軋最后1道次變形率控制在10%以上。2#規(guī)程道次變形率主要體現(xiàn)在粗軋階段的前幾個(gè)道次，而粗軋最后2道次和精軋最后2道次變形率均較小。對(duì)以上兩種不同控軋規(guī)程道次變形工藝下鋼板心部奧氏體組織進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)1#規(guī)程所軋制鋼坯心部奧氏體晶粒比2#規(guī)程所軋制鋼坯更扁平更均勻，2#規(guī)程所軋制鋼坯粗大不均的奧氏體晶粒將非常不利于X80鋼板最終晶粒組織形態(tài)控制，從而對(duì)鋼板的低溫韌性有較大的負(fù)面影響。

1.3水冷過(guò)程組織形態(tài)控制技術(shù)研究

鋼板控軋結(jié)束后快速進(jìn)入水冷區(qū)域，通過(guò)超快冷（UFC）+層流冷卻（ACC）強(qiáng)化水冷工藝來(lái)控制鋼板最終的組織形態(tài)，如組織類(lèi)型、數(shù)量、尺寸和形態(tài)分布等，從而提高鋼板低溫韌性。在鋼板控冷過(guò)程中，影響鋼板最終組織形態(tài)的主要工藝參數(shù)為終冷溫度和冷卻速率。

為了深入研究不同控冷條件下鋼板最終組織形態(tài)，分別以不同冷卻速率將鋼板冷卻到不同終冷溫度，觀察所對(duì)應(yīng)的顯微組織，如圖3所示。

由圖3可知，對(duì)X80鋼板分別以不同的冷卻速率冷卻到不同的終冷溫度，其鋼板組織形態(tài)各不相同；隨著冷卻速率的不斷增大和終冷溫度的不斷降低，所形成鐵素體組織逐漸細(xì)小均勻，且M-A島細(xì)小彌散分布。當(dāng)以15℃/s冷卻速率冷卻到終冷溫度580℃時(shí)，組織粗大且不均勻，呈帶狀分布；當(dāng)繼續(xù)增大冷速和降低終冷溫度時(shí)，即以30℃/s冷卻速率冷卻到460℃時(shí)，得到的組織以均勻的超細(xì)化針狀鐵素體和少量M-A島為主，晶粒度評(píng)級(jí)達(dá)到13級(jí)，平均晶粒尺寸為3μm。

2   1219×33mmX80管線(xiàn)鋼試制

根據(jù)西氣東輸三線(xiàn)工程?1219mm×33mm X80管線(xiàn)鋼的技術(shù)要求和首鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備特點(diǎn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)大壁厚高等級(jí)長(zhǎng)輸管線(xiàn)用鋼的經(jīng)驗(yàn)，在成分設(shè)計(jì)上采用低C、高Nb及Mo-Ni-Cr-Cu復(fù)合添加的理念，其具體成分見(jiàn)表1。

在此成分體系基礎(chǔ)上，結(jié)合X80鋼坯加熱軋制過(guò)程奧氏體細(xì)化技術(shù)和水冷過(guò)程X80鋼板組織形態(tài)控制等關(guān)鍵工藝技術(shù)，即在X80鋼坯加熱過(guò)程采用低溫加熱和適當(dāng)均熱時(shí)間的工藝，強(qiáng)化粗軋最后2道次和精軋最后1道次的壓下率，軋后鋼板以適當(dāng)?shù)拇罄鋮s速率和較低的終冷溫度，所試制鋼板的各項(xiàng)力學(xué)性能滿(mǎn)足技術(shù)要求，強(qiáng)韌性匹配良好。

2.1拉伸性能

在33mm厚X80鋼板頭部、中部和尾部的寬度1/2處，取橫向樣坯檢驗(yàn)拉伸性能，其具體性能如表2所示。

2.2低溫韌性

對(duì)33mm厚X80鋼板進(jìn)行了系列溫度下韌脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)檢驗(yàn)，分別在鋼板頭部、中部和尾部的寬度1/4處取樣坯，加工成10mm×10mm×55mmV型缺口沖擊試樣和33mm×75mm×300 mm落錘試樣，通過(guò)韌脆性試驗(yàn)可知，大壁厚33mm X80鋼板-60℃下，夏比沖擊功在200J以上，落錘剪切面積達(dá)到50%，具有優(yōu)良的低溫韌性。

2.3微觀組織

試制的33mmX80鋼板厚度截面上組織勻質(zhì)性良好，其表層、厚度1/4處和厚度中心都以均勻超細(xì)化針狀鐵素體和少量M-A島為主組織形態(tài)，其晶粒度均達(dá)到12.5級(jí)，帶狀組織評(píng)定0級(jí)。

3結(jié)論

1）根據(jù)西三線(xiàn)1219mm×33mm X80管線(xiàn)鋼的技術(shù)要求和首鋼4300mm生產(chǎn)線(xiàn)工裝特點(diǎn)，采用低C、高Nb及Mo-Ni-Cr-Cu復(fù)合成分體系理念，并輔以?xún)?yōu)化的加熱工藝制度和強(qiáng)化的控軋控冷工藝是成功開(kāi)發(fā)高強(qiáng)韌性33mm X80管線(xiàn)鋼的前提條件；

2）X80鋼坯合理的加熱工藝要求低溫加熱1160-1180℃和適當(dāng)?shù)谋鼐鶡釙r(shí)間40min，將有效控制鋼坯加熱過(guò)程原始奧氏體晶粒度，為最終鋼板組織細(xì)化均勻提供良好的前提條件；

3）強(qiáng)化粗軋最后2道次和精軋最后1道次的壓下率，并控制粗軋最后1道次和精軋最后1道次分別達(dá)到20%和10%以上，可充分壓扁細(xì)化奧氏體晶粒，有利于軋后鋼板水冷過(guò)程中相變組織細(xì)化效果；

4）不同的冷卻工藝對(duì)X80鋼板的最終組織形態(tài)和晶粒尺寸有很大的影響，隨著冷卻速率的不斷增大和終冷溫度的不斷降低，所形成鐵素體組織逐漸細(xì)小均勻，且M-A島細(xì)小彌散分布；

5）所試制?1219mm×33 mm X80鋼板厚度截面組織勻質(zhì)性控制良好，且具有較高的強(qiáng)度性能和良好的低溫韌性，其-20℃夏比沖擊功在300J以上，-10℃落錘試驗(yàn)剪切面積在87%以上。（丁文華 李少坡 李家鼎 馬長(zhǎng)文 張海 諶鐵強(qiáng) 李群）