x120管線鋼形變奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變特性探究

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1、X120管線鋼形變奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變特性探究(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北省汽車安全一體化與智能控制重點實驗室河北保定071000)摘要：釆用Gleeble3500熱力學(xué)模擬試驗機對X120管線鋼進(jìn)行雙道次熱壓縮變形試驗，分析了其壓縮過程的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，在850°C以1s-1的應(yīng)變速率、變形量為30%進(jìn)行變形時，可發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。該文著重探討了控軋控冷工藝參數(shù)對X120管線鋼顯微組織、力學(xué)性能的影響規(guī)律，在快冷的條件下可以得到目標(biāo)組織-細(xì)小的板條組織(LB),試驗鋼的力學(xué)性能隨著冷卻速度的增加而呈現(xiàn)增大的趨勢。關(guān)鍵詞：管線鋼Gleeble3500動態(tài)再結(jié)晶板條組織力學(xué)性能中圖

2、分類號：TG335文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X(2012)12(c)-000-02近年來，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油、天然氣的需求不斷增加。要求開發(fā)長距離輸送石油、天然氣的高強度等級管線鋼的經(jīng)濟驅(qū)動力也在不斷增加，由此產(chǎn)生的第一個結(jié)果就是目前在國際標(biāo)準(zhǔn)中曾長期處于最高鋼級的X70已被X80取代。另一方面，X100以及在小范圍的X120正處于積極的開發(fā)階段［1-3］o一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在X120管線鋼研究過程中取得了一定的成果。熱機械控制加工（ThermoMechanicalControllingProcessing,簡稱TMCP）國內(nèi)也稱為控軋控冷,是一種廣泛應(yīng)用于

3、改善HSLA鋼組織性能的熱加工工藝，控制軋制和控制冷卻代表了高強度低合金鋼的發(fā)展方向［4］。近20年來，這項技術(shù)得到國際冶金界的極大重視，并在管線鋼的生產(chǎn)上取得了卓有成效的應(yīng)用。管線鋼經(jīng)控制軋制后再控制冷卻可以獲得組織和性能優(yōu)良的線材，可以滿足工程上的要求。該文研究的目的是基于不改變現(xiàn)有管線鋼化學(xué)成分的情況下，為優(yōu)化TMCP工藝，為得到滿足工程需要的優(yōu)質(zhì)管線鋼提供必要的數(shù)據(jù)和理論支持。1試驗材料和試驗方法1.1試驗材料實驗用鋼為武鋼提供的X120管線鋼，其化學(xué)成分見表1。1.2試驗方法將試樣（①10X85.5mm）以10°C/s加熱到1200°C,保溫5min后，以5°C/s冷卻到

4、1100°C,保溫10s后，以1s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行壓縮變形，變形量為35%（第一階段變形工藝）；變形結(jié)束后，隨即以5°C/s冷卻到850°C,保溫10s后，以1s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行壓縮變形，變形量為30%（第二階段變形工藝）；軋后直接進(jìn)行冷卻，控制冷卻速度式溫度降到200°C,冷卻速度分別為0.5、1、2.5、5、7.5、10、15、20、25、30(°C/s)o試樣經(jīng)線切割、研磨和拋光后用4%硝酸酒精侵蝕，采用ZEISS光學(xué)顯微鏡觀察并分析不同冷卻速度條件下的組織形貌，得到金相照片。用萊卡顯微硬度計測定不同冷卻速度下的試樣硬度，硬度是隨機在試樣上取五點，計算平均值得出的。其工藝

5、曲線如圖1所示。其中真應(yīng)力。、真應(yīng)變￡與載荷F、原始截面積、瞬時標(biāo)距長度L1、原始標(biāo)距L0有以下關(guān)系：2結(jié)果與討論2.1采用Origin軟件繪出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析再結(jié)晶現(xiàn)象圖2給出了試驗鋼雙道次壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，應(yīng)變速率為1s-1。奧氏體熱加工是加工硬化和高溫動態(tài)軟化同時進(jìn)行的過程［5］。在熱變形過程中可以出現(xiàn)兩類軟化曲線。第一類，隨著變形的進(jìn)行，流變應(yīng)力不斷增大，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值后，0-8曲線出現(xiàn)平臺，沒有應(yīng)力下降現(xiàn)象，一般稱該類曲線為動態(tài)回復(fù)型應(yīng)力應(yīng)變曲線，如本實驗中的第一次軋制過程；第二類，隨著變形的進(jìn)行，材料的流變應(yīng)力不斷增加，逐漸達(dá)到一個峰值，然后流變應(yīng)力不斷下降至一

6、穩(wěn)定態(tài)值后保持不變，該類曲線通常為動態(tài)再結(jié)晶型應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如本實驗中第二次軋制過程。從圖2可以看出，第二條曲線中流變應(yīng)力隨變形量不斷增加，并在A點處出現(xiàn)一個峰值，隨后流變應(yīng)力下降。由此可以知道，實驗鋼在850°C以1s-1的應(yīng)變速率、變形量為30%進(jìn)行變形時，發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。在熱軋過程中動態(tài)再結(jié)晶可以有效地細(xì)化粗大的鑄態(tài)組織［6］,從而改善管線鋼的力學(xué)性能。變形溫度從1100￡變到850匸時，變形溫度的降低，變形抗力增大［7］。高溫奧氏體變形中，加工硬化和動態(tài)軟化兩種機制同時起作用［8］,在變形初期，加工硬化的作用占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著變形溫度的增加，位錯密度不斷增加，使變形

7、應(yīng)力不斷上升。同時，由于變形在高溫下進(jìn)行，位錯在變形過程中通過滑移和攀移的方式運動而產(chǎn)生動態(tài)回復(fù)，加工硬化效應(yīng)逐漸減弱，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率減小。然后進(jìn)入第二階段，隨著變形量的繼續(xù)增加，位錯密度不斷增加,內(nèi)部儲存能也繼續(xù)增加，當(dāng)變形量達(dá)到動態(tài)再結(jié)晶臨界變形程度時，將發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶；隨后隨變形的繼續(xù)進(jìn)行，變形金屬內(nèi)部不斷發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，應(yīng)力不斷下降［9］。2.2試驗鋼的顯微組織研究圖3給出了在同一溫度下以相同的變形量和相同形變速率進(jìn)行壓縮變形，不同冷速下的顯微組織的變化