摘要：采用实验室炼钢一连铸一直接轧制方法，研究了用连铸连轧工艺生产X70管线钢时不同的热装温度对成品组织性能的影响，结果表明，800℃热装比1l00℃热装的钢板品粒尺寸细小，位错密度高，因而强度较高，韧性也能满足要求；而1l00℃热装的钢板，析出物尺寸比800~C热装时细小、分散，韧性较好。

关键词：X70管线钢；入炉温度；直接轧制；性能；模拟

l  前言

    以往对于连铸坯热送热装轧制板材的研究多集中在节能降耗上，对热装轧制中钢材的组织性能研究较少，且有些研究仅限于Gleeble实验模拟，与实际生产过程还有一定差别。尤其是管线钢中加入的Nb、V、Ti等微合金元素在其回溶和析出过程中的不同机理将最终影响管线钢的组织性能。为此，在模拟连铸连轧生产工艺的基础上，研究了不同热装温度对X70管线钢性能的影响。

2  实验材料和方法

2．1  成分设计

    高级别的管线钢多以低碳或超低碳针状铁素体为主要组织，具有高强度、高韧性、低包申格效应和良好的焊接性能，同时具有高的止裂性能。在满足API 5I．对X70成分要求的基础上，结合各钢铁企业X70管线钢的成分设计，采用了“低C+高Mn+Ni+Mo+微量Nb、V、Ti”的成分设计，见表1。

2．2  实验方法

    选用2块经高温真空冶炼的铸坯，其中1^#铸坯1100℃，经加热炉加热到1200℃保温lh；2^#。铸坯装炉温度为800 ℃，经加热炉加热到1200℃保温1h，然后在Φ400mm×350mm实验轧机上轧制，粗轧开轧温度为1100℃，精轧开轧温度为950℃左右，终轧温度为810℃左右，轧后水冷至500℃立即放入保温炉内保温1h，再炉冷24h后出炉。该过程是模拟控冷后的卷取工艺，冷却速度约为23℃／s。试样均从轧件中心部位横向截取，拉伸、夏比冲击试验分别在WAW—YI000KN型电液伺服拉伸试验机、JB230B型冲击试验机上进行，微观组织在Axio Imager Alm电子显微镜和JEM一2000FX型透射电镜上观察。

3   实验结果与讨论

3．1钢板力学性能

    由表2实验钢成品力学性能可看出，1^#、2^#试样各项性能均满足X70钢的标准要求，且2^#试样各项指标能满足X80钢的性能要求。二者比较，2^#试样的屈服强度和抗拉强度高于1^#。试样，但伸长率小于1^#。试样，屈强比大于1^#。试样。

3．2  金相组织分析

1^#试样和2^#试样的金相显微组织均为典型的针状铁素体组织，但2^#试样的铁素体组织比1^#试样更为细小,其晶粒度1^#试样为13级,2^#试样为14级，见图1。

3．3  实验结果分析与讨论

    2#试样的强度高于1#试样的强度，而韧性低于1#试样，其原因分析如下：

(1)    加热工艺不同。由公式：

 Ar₃ = 910—310C一80Mn一20Cu一18Cr一55Ni一80Mo       (1)

可知，实验用X70管线钢的Ar₃温度约为770℃，当2^#试样于740～800℃装炉时，铸坯内部将发生γ→a转变，即存在部分铁素体形核和晶粒长大。但1#试样的装炉温度为l100℃，期间并未发生相变。当1^#、2^#试样再次加热到1200℃进行轧制时，2^#试样又经一次a→γ了相变，2次相变使2^#试样轧制后晶粒更细化。由于细化晶粒有利于提高钢的强度，据Hall—Pech公式，细晶强化值主要体现在针状铁素体晶粒上，对针状相取其针状束的尺寸：

式中，k_y为比例系数，对于大角度晶界其值为15．1～18．1Nmn^－3/2。由此造成2^#试样的强度高于1^#试样。

    (2)用透射电镜对1^#、2^#试样的析出物进行观察分析，见图2，发现两者的析出物均为Nb、V、Ti的复合析出物，但1#试样的析出物尺寸比2^#试样细小，数量较多且分散。因而1#试样的韧性较好。大量细小且分布均匀的析出物同样能提高钢的强度，但管线钢析出强化的作用比细晶强化的作用弱得多，所以1^#试样的韧性优于2^#试样，而强度却低于2^#试样。

    (3)用透射电镜观察1^#、2^#试样的位错组态，发现2^#试样的位错密度高于1^#试样，见图3。位错强化也是管线钢重要的强化方式，位错的增多和均匀分布有利于钢材强度的提高。

4  结论

    (1)采用直轧工艺生产的1^#、2^#试样均能满足X70管线钢的性能要求，与1100℃热装相比，800℃热装的钢板晶粒尺寸较细小，强度较高。

    (2)l100℃装炉钢板的析出物尺寸，比800℃装炉钢板的细小分散，韧性较好。

    (3)800℃装炉的钢板位错密度高于1100℃装炉的钢板。