（材料学专业论文）x70管线钢针状铁素体组织形成机理研究.pdf

， 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：查翔e i i 慧i ：2 1 垒：么：z 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 武汉科技大学硕士研究生论文第1 页 摘要 本文以x 7 0 管线钢为实验材料，研究了不同变形量、冷却速度和加热温度对管线钢 显微组织的影响规律，对大工业生产制定精细的控制轧制和控制冷却工艺有一定的指导 作用。主要研究内容是制定了实验室模拟控轧控冷、金相显微组织观察、拉伸试验和 e b s d 扫描电镜观察等实验方案，以研究不同热加工工艺对管线钢显微组织的影响规律， 管线钢组织与力学性能之间的关系以及夹杂物在针状铁素体形成中的作用，探讨了针状 铁素体的形成机理，同时对针状铁素体组织的晶体学取向作了分析，得出的主要结论是： ( 1 ) 加热温度9 0 0 变形4 0 并油冷能够得到最佳的针状铁素体组织，能够满足 工程上要求的组织中针状铁素体占8 0 以上的要求。 ( 2 ) 与同一冷速下未变形的连续冷却转变的组织相比，热变形后的组织中晶粒更 加细小弥散，且变形量越大，晶粒越细小。 ( 3 ) 所观察x 7 0 管线钢板中的夹杂物多为球形，大约在l 2 岬，可作为针状铁素 体的形核核心。 ( 4 ) 在奥氏体未再结晶区适量的热变形，形成了以位错、形变带和胞状组织等形 式的应变累积奥氏体，可以增加铁素体的形核位置和形核机率。 组 的 于 大 第1 i 页武汉科技大学硕士研究生论文 t h i st h e s i su s e dx 7 0p i p e l i n es t e e l sa st h ee x p e r i m e n t a lm a t e r i a l , r e s e a r c h i n gt h e i n f l u e n c eo fd i f f e r e n td e f o r m i n gd e g r e e 、c o o l i n gv e l o c i t ya n dh e a t i n g u pt e m p e r a t u r eo n m i c r o s c o p i cs t r u c t u r eo fp i p e l i n es t e e l s ，w h i c hh a st h ed e r e c ts i g n i f i c a n c eo fm a k i n gf i n e c o n t r o l l i n gc o o l i n ga n dr o l l i n gt e c h n o l o g yt oc o m m e r c i a lr u n t h em a i nc o n t e n t sc o n t a i nt h a t t h es i m u l a t i o no fc o n t r o l l i n gc o o l i n ga n dr o l l i n gi nl a b o r a t o r y 、o b s e r v a t i o no fm e t a l l u r g i c a l s t r u c t u r e 、t e n s i l et e s ta n de l e c t r o nb a c k s c a t t e rd i f f r a c t i o n ( e b s d ) t e c h n i q u e , e ta 1 a n a l y s i n g t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n th o tp r o c e d u r eo nm i c r o s c o p i cs t r u c t u r eo fp i p e l i n es t e e l s ，t h e r e l a t i o nb e t w e e ns t r u c t u r eo f p i p e l i n es t e e l sa n d p r o p e r t i e s ，t h ee f f e c to fi n c l u s i o nf o r m i n gi n a c c r o s ef e r r i t e d i s c u s s i n g 也ef o r m e dm e c h a n i c so fa c l ：! l o s ef e r r i t e a tt h em e a n t i m e a n a l y z i n gc r y s t a l l o g r a p h yo r i e n t a t i o no fa c e r o s ef e r r i t e ，t h em a i nc o n c l u s i o na sf o l l o w s ： ( 1 ) w h e nt h et e m p e r a t u r ea n dd e f o r m i n gr e a c ht o9 0 0 a n d4 0 i tc a no b t a i nt h eb e s t 武汉科技大学硕士研究生论文第1 i i 页 目录 摘要。i a b s t r a c t i i e jj i 乏i i i 第一章文献综述l 1 1 管线钢的发展历程和现状。l 1 1 1 国外管线钢的发展和现状1 1 1 2 我国管线钢的发展和现状2 1 1 3 管线钢的发展方向2 1 2 管线钢的控制轧制和控制冷却( t m c p 技术) 。4 1 2 1 管线钢的控制轧制5 1 2 2 管线钢的控制轧制的类型及特点5 1 2 3 控制轧制工艺参数对钢板组织和性能的影响6 1 2 4 管线钢的控制冷却7 1 3 针状铁素体的组织特征、形成机理和性能9 1 3 1 针状铁素体的微观结构类型9 1 3 2 针状铁素体的显微组织特征1 0 1 3 3 针状铁素体的形成机理1 0 1 3 4 针状铁素体管线钢的性能1 l 1 4 本课题的研究意义1 2 第二章实验过程1 3 2 1 研究内容。13 2 2 实验材料及设备13 2 2 1试验材料13 2 2 2实验设备1 4 2 3 实验室控轧控冷工艺模拟1 4 2 4 组织观察17 2 5 拉伸试验l7 第三章连续冷却过程中的组织及性能研究1 8 3 1 静态连续冷却过程中的组织转变规律1 8 3 2 动态连续冷却过程中的组织转变规律1 9 3 2 1 加热温度9 0 0 热变形2 0 的试样连续冷却过程中的组织转变规律1 9 3 2 2 加热温度9 0 0 热变形4 0 的试样连续冷却过程中的组织转变规律2 0 3 2 3 加热温度8 2 0 热变形4 0 的试样连续冷却过程中的组织转变规律2 1 第页武汉科技大学硕士研究生论文 3 3 热加工工艺对组织形成的影响2 3 3 3 1冷却速度对组织形成的影响2 3 3 3 2 热变形对组织形成的影响2 3 3 3 3 加热温度对组织形成的影响2 5 3 3 4 冷却速度、热变形、加热温度对试样组织的综合影响。2 5 3 4 试验钢组织和性能的关系2 6 3 5 小结2 7 第四章针状铁素体形成机理的探讨2 8 4 1 夹杂物在管线钢组织形成中作用分析一2 8 4 1 1 试样中夹杂物的形貌及能谱分析2 8 4 1 2 夹杂物对针状铁素体形成的影响3 1 4 2 热变形对针状铁素体形成的影响。3 3 4 3 针状铁素体的形成机理3 4 4 4 小结3 5 第五章针状铁素体组织的晶体学取向3 6 5 1 针状铁素体组织的晶体学取向分析3 6 5 2 小结3 9 第六章结论4 0 参考文献4 1 致谢4 4 武汉科技大学硕士研究生论文 第1 页 第一章文献综述 1 1 管线钢的发展历程和现状 低合金高强度钢、微合金化钢的主要用户之一是石油天然气工业。每年石油工业总 投资的l 5 被用来铺设石油管( 油井管和油气输送管) 。由于管道输送流体较其他方式更 为经济，管道输送在石油和天然气工业中发展迅速，现在全球每年输送石油和天然气管 材消耗钢材达到1 0 0 0 万吨以上，并且每年都在增长。进入2 1 世纪，全世界管道建设平 均每年新建天然气干线里程1 2 1 6 万k m ，新建原油干线里程2 0 0 啦3 0 0 0 h 。目前国际 上长输管线多采用x 6 队x 7 0 钢级的管线钢，伴随着冶炼技术、微合金化原理以及控轧 控冷等工艺的发展，管线钢的性能也获得了大幅度提升，管线钢也势必成为新一代钢铁 材料中最具研究成果、最富有活力的重要分支。 1 1 1 国外管线钢的发展和现状 2 0 世纪6 0 年代以前，管线钢级别还只有a 、b 、x 4 2 、x 4 6 和x 5 2 ，通常以轧制 或正火态供货【1 1 。从1 9 9 6 年开始，高强度钢在管线钢上才开始大量应用，这时美国石油 学会发布了x 5 6 、x 6 0 、x 6 5 、x 7 0 四种钢级，并将x 7 0 级以上的管线钢统称为高强度 管线钢。从管线钢的开发和应用上来看，1 9 6 0 年以后x 6 0 级管线钢开始投入使用。1 9 6 8 年日本的三大钢铁公司为阿拉斯加管线系统工程t a p s 供应了x 6 5 钢级的巾1 2 1 9 r a m 钢 管5 0 1 0 4 t ，在此之后，高钢级管线钢开发速度明显加快，进入2 0 世纪8 0 年代x 7 0 钢 就出现在工程建设中。现在x 7 0 级管线钢已成为管道建设的首选钢种，x 8 0 也开始小规 模的使用，x 1 0 0 也已经研制成功，并对x 1 2 0 开始了研制工作。1 2 】 国外如美国、日本、意大利、加拿大等国在x 8 0 及以上钢级管线钢的研究应用方 面已经有很多实践。西方的大石油公司对x 8 0 及以上钢级管线钢的开发和应用研究开展 了大量的工作。 德国嬲公司于1 9 9 3 年在世界上建成首条x 8 0 钢级输气管线，长度为2 5 0 虹， 之后美国e l p a s o 公司、英国t r a i l s o 公司、加拿大t r a l l sc a l l s d a 公司又先后建成数条x 8 0 钢级管线。现在已建成的x 8 0 钢级输气管道总长度已经超过3 0 0 0 l ( 1 i l ，其中最长的一条 由美国e l p a s o 公司建设达到了6 2 0l 。 e u r o p i p e 公司将意大利s n a m 公司生产的x 1 0 0 ，x 8 0 与x 7 0 级钢管进行对比试验， 获得了满意结果。 日本川崎、住友、新日铁、n l 张和欧洲钢管公司己经开发出x 1 0 0 级管线钢。 2 0 0 4 年加拿大建成了一条管径1 2 2 0 m m ，壁厚1 5 3 m m 的x 1 0 0 钢级钢管试验段， 同年在加拿大由e x x o nm o b i 公司进行了一条x 1 2 0 级钢管1 7 1 k m 试验段的铺设。之后 e x x o nm o b i l 公司在加拿大3 0 冻土地带建成了全球第一条x 1 2 0 钢级输气管道，现在 e x x o nm o b i l 公司正在与日本住友及新日铁两家公司合作进一步完善x 1 2 0 钢级，准备建 第2 页武汉科技大学硕士研究生论文 设一条由a l a s k a 北端向南穿过加拿大至美国的长距离输气管道，现已建成若干条试验 段，做了包括止裂试验等在内的多种试验和理论研究工作。p 】 1 1 2 我国管线钢的发展和现状 至建国以来，我国管道工业的发展出现过三个高潮期。1 9 5 8 年我国建设了第一条长 距离原油输送管线，长距离天然气输送管道于1 9 6 5 年开始建设，至此第一个发展高潮 出现在2 0 世纪6 0 年代中期至7 0 年代初，在此期间建成的主要管道有东北输油管道和 四川天然气管网等。第二个发展高潮出现在2 0 世纪9 0 年代，在此期间建成的主要有陕 京输气管道、鄯乌输气管道和库鄯输油管道。伴随着我国经济的发展，对石油、天然气 能源需求的开始急剧增加，2 0 世纪末至今又迎来了一个前所未有的管线建设高潮。近几 年竣工的主要有西气东输管道、涩宁兰州输气管道、兰成渝成品油管道、忠武输气管 道、陕京二线输气管道、沿江原油管道( 南京至荆门、岳阳) 及中哈管道，即将建成环珠 江三角洲输气管道以及中俄管道等。预计今后2 0 年，这一快速发展的势头将持续下去， 管道工业在我国是一个蓬勃发展的朝阳工业。 4 1 在我国管道建设的不同阶段管线钢的发展非常迅速，在上世纪5 0 年代至7 0 年代时 主要采用鞍钢等厂家生产的a 3 、1 6 m n 管线钢；7 0 年代末至8 0 年代，主要是从日本 进口相当于x 5 2 钢级的t s 5 2 k 钢，直到9 0 年代管线钢才开始逐步国产化，武钢、宝钢 等开始生产x 5 2 x 6 5 级管线钢。8 0 年代初，国内第一次按a p l 5 l 的要求探索了管线钢 的生产工艺及诸多对性能的影响因烈5 1 ，期间钢铁研究总院为宝钢2 0 5 0 机组预研制了 x 7 0 级管线钢。之后“六五 和“七五期间，由武汉钢铁公司、宝鸡钢管厂、钢铁研 究总院合作研制了x 6 0 x 6 5 级管线钢，并完成了x 4 2 x 5 6 级管线钢的系列化。宝钢在 “八五 期间进行了x 6 0 - - - x 7 0 管线钢的技术开发和配套用埋弧自动焊丝的试制。2 0 0 0 年为“西气东输 工程项目涩一宁一兰试验段进行考核，由武钢、宝钢、鞍钢及舞钢试 制x 7 0 级板卷和宽厚板均获得成功。现在国内武钢、宝钢生产的x 7 0 级管线钢性能水 平达到了加拿大a l l i a n c e 输气管道的x 7 0 级管线钢数据要求【6 】。国内其它认可生产 x 6 0 x 6 5 级管线钢板卷的企业有鞍钢、本钢、梅钢及攀钢，均能达到用户的技术要求， 目前长输管线用热轧板卷和大口径螺旋焊管已基本实现了国产化，并已实现大量出口， 2 0 0 7 2 0 0 9 年累计超过1 0 0 万吨。 1 1 3 管线钢的发展方向 管线钢在二十一世纪正出现一个蓬勃发展的趋势，管线钢发展的动力来自两个方 面。一是世界石油工业技术的发展，由于极地油气田、腐蚀环境油气田和海上油气田的 开发，管线钢不仅要具有好的韧性、高的强度，而且要求应有耐腐蚀性能、疲劳性能和 抗断裂特性，同时还要求在力学性能的改善的前提下不恶化钢的加工性能和焊接性能。 二是世界冶金技术发展迅猛，从1 9 5 9 年微合金钢开始在管线钢上取得应用以来，国际 上对管线钢已进行了4 0 多年的生产与研究。目前，在管线钢的设计和生产过程中由于 采用了冶金数学模型、智能实验室、生产过程的计算机控制等高新技术，从而使得管线 武汉科技大学硕士研究生论文第3 页 钢成为了微合金钢和低合金高强度钢领域内最富有市场价值和研究成果的一个重要分 支。 管线钢的发展动向和趋势主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 超纯净管线钢 超纯静管线钢是指非金属夹杂物( 主要是硫化物和各类氧化物) 含量很少的钢。现 代冶金技术的发展，已经能够确保s 、p 等杂质元素以及o 、h 、n 等气体元素和p b 、 a s 、s n 、s b 、b i 等痕迹元素的低或超低含量。通过铁水预处理、炉外精炼、钢包冶金 和连铸等多步冶金新技术和新工艺，目前世界上最具有竞争力的管线钢纯净度可达到 s 郢0 0 0 5 、p 9 0 0 5 、n 0 0 0 2 、o 3 0 ) ，然 后要以较快的冷却速度冷却( 3 0 - - - 6 0 ( 2 s ，相当于油的冷却速度) ，针状铁素体组织量才 能达到8 0 以上 4 3 针状铁素体的形成机理 之前的文献认为，针状铁素体和贝氏体铁素体是在相同的温度( 大约在4 0 0 - - 6 0 0 c ) 区间以相同的机制形成【1 3 j o j 1 1 。贝氏体铁素体中，铁素体是在奥氏体晶界处形核，形成 平行的取向一致的板条，而在焊接金属中，针状铁素体是以晶内的非金属夹杂物为核心 形核长大。针状铁素体的转变首先是以非金属夹杂物为核心形核，然后在奥氏体和非金 属夹杂物的界面处形成新的铁素体条束而长大【2 2 1 。 码b 锡7 d b ) ( c ) 富碳丫 图5 1 钢样中针状铁素体的形核及生长机制； ( a ) 以切变的机制奥氏体晶内形核，( b ) 针状铁素体的长大和碳的扩散， ( c ) 转变达到平衡态。 f i 9 5 1n u c l e a t i o na n dg r o w i n gm e c h a n i s mo fa c i c u l a rf e r r i t ei ns t e e l ( a ) n u c l e a t i n gi na u s t e n i t ei n t r a c r y s t a l l i n et h r o u g hs h e a r i n gp r i n c i p l e ；( b ) g r o w t ho fa c i c u l a rf e r r i t e a n dd i f f u s i o no fc a r b o n ；( c ) e q u i l i b r a t i o no ft r a n s i t i o n 在焊接过程中，高密度的非金属夹杂产生高密度的形核位置，从而导致针状铁素体 替代贝氏体铁素体而形成，这方面已经开展了大量的研究工作。然而，关注的焦点都是 在非金属夹杂物对针状铁素体形成的影响上。但是，在夹杂物含量很低的管线钢中，其 他的形核位置必然影响针状铁素体的形成，因而可能产生其他的形成机制。本实验研究 表明，在奥氏体未再结晶区的大量变形使得奥氏体晶内产生高密度的位错和其他缺陷， 有利于针状铁素体的晶内形核。 本文中加热至9 0 0 并变形4 0 0 , 6 油冷和水冷得到的组织，如图3 3 c 和3 3 d ，说明针状 铁素体的形成受碳的扩散限制，y o u n gm i nk i m 3 8 】等通过实验证明针状铁素体的长大受 碳的扩散和切变的控制，而奥氏体稳定元素抑制碳从针状体素体向邻近的奥氏体扩散， 导致针状铁素体长大速率降低。以上分析结果得出针状铁素体有以下形成机制：针状铁 武汉科技大学硕士研究生论文第3 5 页 素体通过切变在奥氏体晶内形核，化学成分不变，如图5 ( a ) 所示。接着通过在已存在的 针状铁素体界面形成二次核心而长大，即是感生形核产生针状铁素体。如图5 ( b ) 所示， 在较高温度下形成的针状铁素体中，过饱和的碳原子将进入相邻的奥氏体中，以维持成 分平衡。最后，随着富碳奥氏体在该温度下趋于稳定，转变也就停止了，如m s ( c ) 所示 总的来说，管线钢中针状铁素体主要是通过大量变形产生的高密度位错和胞状组织等以 切变的方式在晶内形核，并受碳的扩散限制而长大，最后得到针状铁素体组织。 总之，管线钢是洁净度非常高的一种钢种，夹杂物极少，只靠这些夹杂物作为针状 铁素体的形核核心在晶内形成的针状铁素体量是很少的。本研究中热轧变形后形成大量 针状铁素体的机制可能有两种：一种是感生形核，就是一些针状铁素体以夹杂物作为核 心形成，另一些针状铁素体在这些针状铁素体上感生形核形成针状铁素体，那些没有和 夹杂物比邻的针状铁素体可能是以这种方式生成的，但这种感生形核形成的针状铁素体 是要形变储存能提供能量才能发生；一种是激发形核，就是变形奥氏体冷却到针状铁素 体形成温度范围，在形变带处靠形变储存能激发形核形成大量的针状铁素体。 4 4 小结 ( 1 ) 所观察x 7 0 管线钢板中的夹杂物多为球形，大约在1 2 岬，可作为针状铁素 体的形核核心，夹杂物促进针状铁素体形成是由于夹杂物周围奥氏体化学成分的变化促 进形核、降低针状铁素体的形核驱动力或作为惰性界面而提供了形核地点等机制共同作 用形成的。 ( 2 ) 管线钢中的夹杂物是针状铁素体的形核核心，对针状铁素体的形成有重要影 响，但不能仅仅依靠夹杂物形成大量针状铁素体，而热变形所产生的大量高密度位错、 形变带和胞状组织才是形成大量针状铁素体的主要原因。 ( 3 ) 热变形扩大了针状铁素体的形成温度区间，针状铁素体转变温度向低温推进。 与未经过变形( 静态) 的连续冷却转变得到的组织相比，热变形( 动态) 后的组织中晶粒更 加细小，且随着奥氏体未再结晶区热变形量的增大，组织中针状铁素体的体积分数增加。 ( 4 ) 管线钢中针状铁素体主要是通过大量变形产生的高密度位错和胞状组织等以 切变的方式在晶内形核，并受碳的扩散限制而长大，最后得到针状铁素体组织。 ( 5 ) 本研究中热轧变形后形成大量针状铁素体的机制可能有两种：一种是依靠夹 杂物的感生形核，另一种是依靠热变形储存激发能的激发形核。 第3 6 页武汉科技大学硕士研究生论文 第五章针状铁素体组织的晶体学取向 5 1 针状铁素体组织的晶体学取向分析 e b s d 技术可以很方便的分析选定晶粒间的取向关系 3 9 4 1 】，因此被广泛的应用于各 个领域，例如再结晶过程晶界特征和织构的形成演变。在本研究中，利用e b s d 技术分 析了针状铁素体的晶粒或亚结构间的取向角差。 为了研究针状铁素体组织的晶体学取向关系，在本实验中选取了试样加热至9 0 0 变形4 0 油冷获得的典型针状铁素体组织。图5 1 是晶体取向成像图，图5 2 是取向成像 图色标。由图5 1 2 可以看出，不同针状铁素体之间的晶界很明显。在这一区域中，黑色 晶界是大角度晶界，红色晶界是亚晶界。可见，针状铁素体的大小为l 3u ，晶粒很小 而且犬牙交错，取向各异，亚晶很多细小，这是针状铁素体钢获得优良强韧性性能的组 织特征。由图5 1 中针状铁素体之间的晶体学取向图，对比图5 2 ，绿色在图5 1 中占据较 大比例，最0 1 1 0 1 取向所占比例最多。这说明针状铁素体晶粒取向并不完全随机分布，在 某些晶体学方向上存在一定的取向择优。此现象可能有几个方面的原因： ( 1 ) 晶内铁素 体与原奥氏体晶粒具有某种取向关系，如k s 或n w 关系；( 2 ) 晶内铁素体激发感生 形核，在最初形成的针状铁素体上激发形核，生成与原针状铁素体取向较为接近的二次 晶内铁素体；( 3 ) 高温进行了较大的变形，晶体发生了一定的转动，随后油冷发生了 一定的再结晶。 图5 3 是晶界取向角差分布图，从图中可以看出取向角差的主要分布区间是l o o 和 4 0 0 6 0 0 之间。在晶体取向成像图上任意选取两点，如图5 4 a 所示。a 、b 两点颜色接近， 可知其取向差较为接近，对应a 、b 两点取向角差分布图如图5 4 b 所示，从图5 4 b 可以看 出，a 、b 两点取向角差为1 2 。，大部分针状铁素体的晶内亚晶的取向角差最大值 7 0 ， 为小角度晶界。晶体取向成像图上再选取颜色接近的几点，如图5 5 a 和5 6 a ，其对应的 取向角差分布图如图5 5 b 和5 6 b 所示，可见取向差都在1 w 的范围内。这些相互毗邻 的，结晶取向角低于1 0 。的针状铁素体亚晶构成了晶体包【4 2 4 3 】。从严格意义上说，这些 晶体包不同于存在于贝氏体平行板条束中的微观结构】。图5 7 a 是选取的取向差较大 的g 、h 两点，其对应的取向角差分布图如图5 7 b 所示，最大取向差为5 5 0 左右。进一 步分析可知同一晶体包之间取向差1 0 0 ，而各晶体包之间取向差为5 5 0 左右。由此可见， 虽然在同一个原奥氏体内部，在某段晶界上形核并长大的针状铁素体由于继承了母相的 晶体关系因而针状铁素体之间的取向角差别不大，但是由于变形奥氏体晶界曲率等因素 的影响，会使同一奥氏体内不同区域生长出来的针状铁素体存在一定的取向角差【4 5 舶】。 武汉科技大学硕士研究生论文第3 7 页 p fc o i 叫r 岫i r o n b c c 【o h 】 图5 1 晶体取向成像图( 油冷，- - 4 0 ) f i g 5 1g r a i nd i s t r i b u t i o n ( o i lc o o l i n g ，。- - 4 0 ) 图5 2 取向成像图色标 f i 9 5 2c o l o rc o d eo fd i s t r i b u t i o n 10 1 图5 3 晶界取向角差分布图 f i 9 5 0d i f f e r e n c eo fg r a i nb o u n d a r ya n g u l a r 第3 8 页武汉科技大学硕士研究生论文 图5 4 a 晶体取向成像图上a 、b 两点 f i g 5 4 aa a n dbo nt h em a po fg r a i nd i s t r i b u t i o n 净麓引 1 2 1 m ，i a p 5 ：st p 2 0 1 祈：gz 丑 图5 4 ba 、b 两点对应取向角差分布图 f i 9 5 4 bd i f f e r e n c eo fg r a i nb o u n d a r ya n g u l a r a b o u t a a n db 图5 5 a 晶体取向成像图上c 、d 两点 图5 5 bc 、d 两点对应取向角差分布图 f i g 5 5 aca n dd o nt h em a po fg r a i nd i s t r i b u t i o nf i 9 5 4 bd i f f e r e n c eo fg r a i nb o u n d a r ya n g u l a r a b o u t ca n d d 露矿譬 图5 6 a 晶体取向成像图上e 、f 两点 0，2 缀谶、! ，璺怒凳，眇一剃一，。毙”? j 绷 图5 6 be 、f 两点对应取向角差分布图 f i g 5 6 ae a n dfo ht h em a po fg r a i nd i s t r i b u t i o nf i 9 5 6 bd i f f e r e n c eo fg r a i nb o u n d a r y a n g u l a ra b o u te a n df 武汉科技大学硕士研究生论文 第3 9 页 乏净l 箩j 瑚 i 一= 1 “m jma p 5 ；se p = o 1 祈jg 瑚 图5 7 _ 晶体取向成像图上g 、h 两点 f i g 5 6 ag 蚰dho hs em a po fg r a md 枷b u f i o n 图s 7 bg 、h 两点对应取向角差分布图 f i 9 5 7 bd i f f e r e n o fg n i nb o u n d a r ya n g e r a b o u t ea n d f 有关文献记载，当取向角差为2 。时，在针状铁素体的亚结构间出现了细小的晶粒【4 9 1 。 但是，当取向角差增加到1 0 0 时，取向小于1 0 0 的晶界消失，这直接导致针状铁素体晶 体胞的形成。从断裂学的角度看，这些针状铁素体晶体胞可以称为有效晶粒，扮演阻碍 裂纹扩展的角色【5 0 1 。这些在针状铁素体结构中的晶体包，亦即有效晶粒与贝氏体的形态 晶包相比较，尺寸较小，因而使得材料具有良好的韧性。 5 2 小结 。 ( 1 ) 针状铁素体由一些取向角为1 2 。的亚结构组成，而且一系列毗邻的取向角低于 1 0 。的晶粒构成了针状铁素体的晶体包。 ( 2 ) 不同晶体包之间取向角差为5 5 。左右，为大角度晶界。 ( 3 ) 针状铁素体的晶体包可有效阻碍裂纹的扩展，使得针状铁素体组织具有良好的 综合机械性能。 第4 0 页武汉科技大学硕士研究生论文 第六章结论 本文通过对未经热变形( 静态) 与不同热变形量( 动态) 试样以不同冷却速率冷 却后所形成的组织进行比较，研究管线钢热加工时不同的变形量及冷却速度的组织演变 过程，这些热加工工艺对管线钢组织的影响规律，以及针状铁素体在热加工过程中的形 成机制，对大工业生产制定精细的热加工工艺有着重要的指导作用，得出的主要结论有： ( 1 ) 本实验所采用的四种冷却方式、两种变形量、两种加热温度中，加热至9 0 0 变形4 0 并油冷能够得到最佳的针状铁素体组织，能够满足工程上要求的组织中针状铁 素体占8 0 以上的要求。 ( 2 ) 热变形扩大了针状铁素体的形成温度区间，针状铁素体转变温度向低温推进。 与同一冷速下未变形的连续冷却转变的组织相比，热变形后的组织中晶粒更加细小弥 散，且变形量越大，晶粒越细小。 ( 3 ) 所观察x 7 0 管线钢板中的夹杂物多为球形，大约在l 2 岬，可作为针状铁素 体的形核核心，夹杂物促进针状铁素体形成是由于夹杂物周围奥氏体化学成分的变化促 进形核、降低针状铁素体的形核驱动力或作为惰性界面而提供了形核地点等机制共同作 用形成的。 ( 4 ) 在奥氏体未再结晶区及铁素体奥氏体两相区进行的适量的变形，形成了以位 错、形变带和胞状组织等形式的应变累积奥氏体，可以增加铁素体的形核位置和形核机 率，增大相变驱动力有利于在随后的冷却过程中得到晶粒细小的组织；而且由于热变形， 使得层片状的珠光体最终粒状化。总之，适量的变形对细化晶粒有极大的作用。 ( 5 ) 管线钢中针状铁素体主要是通过大量变形产生的高密度位错、形变带和胞状 组织等以切变的方式在晶内形核，并受碳的扩散限制而长大，最后得到针状铁素体组织。 ( 6 ) 本研究中热轧变形后形成大量针状铁素体的机制有两种：一种是依靠夹杂物 的感生形核，另一种是依靠热变形储存激发能的激发形核。 ( 7 ) 针状铁素体由一些取向角为1 2 0 的亚结构组成，而且一系列毗邻的取向角低 于1 0 0 的晶粒构成了针状铁素体的晶体包。不同晶体包之间取向角差为5 5 0 左右，为大 角度晶界。针状铁素体的晶体包可有效阻碍裂纹的扩展，使得针状铁素体组织具有良好 的综合机械性能。 武汉科技大学硕士研究生论文第4 l 页 参考文献 【1 】焦百泉管线钢性能的发展【j 】焊管，1 9 9 9 ，2 2 ( 4 ) ：i - 7 【2 】王茂堂，牛冬梅，王丽，赵书远高强度管线钢的发展和挑战【j 】焊管，2 0 0 6 ，2 9 ( 5 ) ： 9 1 6 【3 】潘家华全球能源变换及管线钢的发展趋势 j 】焊管，2 0 0 8 ，3 l ( 1 ) ：9 - 1 1 【4 】庄传晶，冯耀荣，霍春勇等国内x 8 0 级管线钢的发展及今后的研究方向【j 】焊管， 2 0 0 5 ，2 8 ( 2 ) ：1 0 - 1 4 【5 】彭在美论石油天然气输送钢管及其发展方向 j 】冶金丛刊，2 0 0 3 ( 5 ) ：4 l m 6 】郑瑞，李铁军我国管线钢的生产与发展 j 】重型机械科技，2 0 0 3 ( 4 ) ：4 7 5 1 7 】高惠临，董玉华管线钢的发展趋势与展望 j 】焊管，1 9 9 9 ，2 2 ( 3 ) ：4 8 8 】张庆国管线钢的发展趋势及生产工艺评述 j 】河北冶金，2 0 0 3 ( 5 ) ：1 2 1 7 【9 】李建军长输管线发展趋势与“西气东输 二线焊接 j 】焊接技术，2 0 0 8 ，3 7 ( 5 ) ： 5 8 【1 0 】苗承武西气东输工程及其管线管的选择焊管，2 0 0 0 ，2 3 ( 3 ) ：2 6 3 2 【1 1 】徐曙光我国控制轧制控制冷却技术的新进展 j 】特殊钢，1 9 9 2 ，1 3 ( 1 ) ：1 - 3 【1 2 】高惠临，石凯管线钢控制轧制与控制冷却技术的应用和进展【j 】焊管，1 9 9 5 ， 1 8 ( 3 ) ：7 - 1 1 1 3 】r o d d g u e spcm ，p e r e l o m aev ，s a n t o cd b m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa l lh s l a b a i n i t a cs t e e ls u b j e c t e dt oc o n t r o l l e dr o i l i n gw i n la c c e l e r a t e dr o l l i n g m a t e r i a l ss c i e n c e a n de n g i n e e r i n g , 2 0 0 0 ，2 8 3 ：1 3 6 - 1 4 3 【1 4 】小指军夫控制轧制控制冷却北京：冶金工业出版社，2 0 0 2 15 】m i n g c h u nz h a o ，k ey a n g , y i y i n gs h a h t h ee f f e c t so ft h e r m o m e c h a n i c a lc o n t r o l p r o c e s so nm i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fac o m m e r c i a lp i p e l i n es t e e l m a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g , 2 0 0 2 ，a 3 3 5 ：14 - 2 0 1 6 】单以银，高珊管线钢中针状铁素体的形成及其综合性能宝钢管线钢新世纪技术与 发展论坛，上海，2 0 0 1 ，1 3 ( 5 ) ：4 3 - 4 7 1 7 】东涛，孟繁茂，王祖滨神奇的n b 0 9 在钢铁中的应用：迄今经验和未来的发展 北京：中信美国钢铁公司，1 9 9 9 1 8 】翁宇庆超细晶钢一钢的组织细化理论与控制技术冶金工业出版社，2 0 0 3 ： 3 3 9 3 4 0 【19 】c o l d r e n ap m i h e l i c hjl a c i c u l a rf e r r i t eh s l as r e e l sf o rl i n e p i p e m o l y b d e n u m c o n m i n i n g s t e e l sf o rg a sa n d o i l i n d u s t r ya p p l i c a t i o n ， a s t a t e o f - t h e a r t r e v i e w i n ：c l i m a xm o l y b d e n u mc o m p a n y , 19 7 6 ，14 2 0 】y o u n gm i nk i m ，h a k c h e o ll e e ，n a c kj k i m t r a n s f o r m a t i o n b e h a v i o ra n d m i c r o s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fa c i c u l a rf e r r i t ei np i p e l i n es t e e l s m a t e r i a ls c i e n c ea n d 第4 2 页武汉科技大学硕士研究生论文 e n g i n e e r i n g , 2 0 0 8 ，a 4 7 8 ：3 6 1 - 3 7 0 【2 1 】郑磊宝钢x 7 0 管线钢的开发及在西气东输工程中的应用 j 】机械工人：热加工， 2 0 0 3 ( 5 ) ：3 4 - 3 5 2 2 】冯耀荣，霍春勇，马秋荣等管线钢及管线钢的研究进展与发展方向中国金属学 会轧钢年会，2 0 0 4 【2 3 】t a r a k i ，e ta 1 ，c o n t i n u o u s - c o o l e dz w m i c r o s t r u c t u r e so fl o w - c a r b o ns t e e l ，v 0 1 1 ，i s i j ， t o k y o ，19 9 2 ，p p 4 5 【2 4 】杨旭宁，康永林，于浩等x 7 0 针状铁素体管线钢中m a 岛的工艺控制 j 】轧钢， 2 0 0 7 ，2 4 ( 4 ) ：7 - 1 0 【2 5 】郭振，温永红，胡水平等f 4 0 高强船板钢组织中针状铁素体形成及细化机制研究 j 】热加工工艺，2 0 0 8 ，3 7 ( 2 ) ：3 8 - - 4 1 【2 6 】李维娟，杜林秀等应变诱发铁素体相变对低碳钢晶粒细化的影响 j 】钢铁研究学 报，2 0 0 0 ，1 2 ( 5 ) ：3 6 3 9 【2 7 】王晓刚，魏建国，刘生x 7 0 管线钢控轧工艺与组织性能关系的研究 j 】宽厚板， 2 0 0 3 ，9 ( 5 ) ：2 1 - 2 5 2 8 】文慕冰微合金化元素在钢中的作用及其应用钢铁研究，1 9 9 0 ，( 1 ) ：3 9 【2 9 】周成，郑琳管线钢控制冷却的试验室研究武钢技术，1 9 9 6 ，3 ：1 2 1 5 3 0 】t a n i z a w a y ，k u m a k u r as ，o k am ，e ta 1 d e v e l o p m e n to f t h i ns l a bc a s t i n gt e c h n o l o g y w i t hl i q u i dc o r eh a r dr e d u c t i o n i r o ns t e e l m a k e r ，19 9 9 ，2 6 ( 9 ) ：7 3 - 7 5 31 m a b u c h ih ，u e m o r ii l f u j i o k am t h er o l eo fm nd e p l e t i o ni ni n t r a g r a n u l a rf e r r i t e t r a n s f o r m a t i o ni nt h eh e a ta f f e c t e dz o n eo fw e l d e dj o i n t s 、析ml a r g eh e a ti