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

X80寬厚板管線鋼隨著厚度規(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”；特別是對于厚度規(guī)格在25mm以上的X80寬厚板管線鋼，其厚度截面組織的細化程度直接影響到低溫落錘性能，成為鋼種開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

1.1加熱過程奧氏體細化技術(shù)研究

在鋼坯加熱過程中，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，同時利用彌散分布的細小TiN質(zhì)點和較低加溫溫度，有效抑制原始奧氏體晶粒長大，為有效促使大壁厚X80管線鋼獲得細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鋼坯在加熱過程中Nb溶解行為和奧氏體晶粒長大規(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℃，并對不同加熱溫度和不同加熱時間下，奧氏體晶粒尺寸進行觀察測量，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大。當加熱溫度升高到1200℃時，奧氏體晶粒出現(xiàn)粗化現(xiàn)象；

2）隨著保溫時間的延長，原始奧氏體晶粒呈不斷粗化的趨勢。當加熱溫度為1180℃時，不同保溫時間下奧氏體晶粒長大的情況不同；當保溫時間控制在40min以內(nèi)時，奧氏體晶粒已充分奧氏體化且較均勻；當保溫時間達到60min時，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、母相奧氏體長大之間的關(guān)系如圖1所示。

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

1.2軋制過程奧氏體細化技術(shù)研究

在粗軋階段，通過對形變控制使鋼坯原始奧氏體晶粒充分再結(jié)晶，以獲得進入精軋階段前細小的奧氏體晶粒；在精軋階段，繼續(xù)通過形變控制使奧氏體晶粒充分扁平化。對于X80管線鋼控軋制度，重點圍繞粗軋最后2道次和精軋最后1道次的壓下進行工藝優(yōu)化，以充分細化和均勻化原始奧氏體晶粒，為水冷過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，對比了2種不同控軋規(guī)程對X80鋼板心部奧氏體晶粒細化程度，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越大，呈上升趨勢，尤其最后1道次達到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，從而對鋼板的低溫韌性有較大的負面影響。

1.3水冷過程組織形態(tài)控制技術(shù)研究

鋼板控軋結(jié)束后快速進入水冷區(qū)域，通過超快冷（UFC）+層流冷卻（ACC）強化水冷工藝來控制鋼板最終的組織形態(tài)，如組織類型、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，觀察所對應(yīng)的顯微組織，如圖3所示。

由圖3可知，對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小均勻，且M-A島細小彌散分布。當以15℃/s冷卻速率冷卻到終冷溫度580℃時，組織粗大且不均勻，呈帶狀分布；當繼續(xù)增大冷速和降低終冷溫度時，即以30℃/s冷卻速率冷卻到460℃時，得到的組織以均勻的超細化針狀鐵素體和少量M-A島為主，晶粒度評級達到13級，平均晶粒尺寸為3μm。

2   1219×33mmX80管線鋼試制

根據(jù)西氣東輸三線工程?1219mm×33mm X80管線鋼的技術(shù)要求和首鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)線設(shè)備特點，并結(jié)合國內(nèi)外生產(chǎn)大壁厚高等級長輸管線用鋼的經(jīng)驗，在成分設(shè)計上采用低C、高Nb及Mo-Ni-Cr-Cu復(fù)合添加的理念，其具體成分見表1。

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

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，取橫向樣坯檢驗拉伸性能，其具體性能如表2所示。

2.2低溫韌性

對33mm厚X80鋼板進行了系列溫度下韌脆性轉(zhuǎn)變點檢驗，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，通過韌脆性試驗可知，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)，其晶粒度均達到12.5級，帶狀組織評定0級。

3結(jié)論

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

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

3）強化粗軋最后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道次分別達到20%和10%以上，可充分壓扁細化奧氏體晶粒，有利于軋后鋼板水冷過程中相變組織細化效果；

4）不同的冷卻工藝對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小均勻，且M-A島細小彌散分布；

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℃落錘試驗剪切面積在87%以上。（丁文華 李少坡 李家鼎 馬長文 張海 諶鐵強 李群）