临界区热处理工艺对X80大变形管线钢力学性能的影响

　　高强度管线钢通常采用针状铁素体组织类型。针状铁素体管线钢具有优异的强韧性，是目前高级别管线钢中主要组织类型。对于低碳Mn-Mo-Nb钢，热变形后以5～40℃/s的冷却速度冷却，均能获得针状铁素体组织[1]，但此种类型钢屈强比较高[2-3]，变形性能较差。临界区热处理获得铁素体加马氏体/贝氏体双相组织可提高管线钢变形性能，国内外已进行了相关研究[4-5]，但均仅限于较低钢级的管线钢和部分性能的研究。对X80钢级管线钢强度、低温韧性及变形性能的综合研究较少。本研究采用临界区热处理工艺制备铁素体加马氏体/贝氏体双相组织X80大变形管线钢，研究热处理温度对拉伸性能及低温断裂韧性的影响，评价其强韧性及变形性能。通过微观组织分析揭示其具有优异强韧性及良好变形性能的微观机制，为X80大变形管线钢的大规模应用奠定基础。

　　1　试验过程及试验方案

　　表1为X80大变形管线钢化学成分。试样钢为18.4mm厚热轧钢板。试验钢的静态相变点Ac1和Ac3在DIL402PC型热膨胀仪上测定。热膨胀试样的尺寸为Φ6mm×25mm的。根据Ac1和Ac3，将钢板分别加热到740、760、780、800、820、830、840、860℃，保温15min后水淬。

　　用热处理后的试样制备SEM试 样，用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜观察试样的微观形貌。矩形拉伸试样为标距内长50mm、宽38.1mm的全壁厚试样，在ZWICK 1600材料试验机(100t)上进行拉伸试 验，试验标准为ASTMA370-2009。夏比冲击试验在RKP 450冲击试验机上进行，试验标准为ASTM　A370-2009，冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，V型缺口垂直钢板表面。落锤撕裂试验(DWTT)试样尺寸为300mm×75mm×18.4mm，缺口型式为标准压制V型缺口，试验设备型号为JL-50000，试验按API RP5L3进行。

　　2　试验结果分析及讨论

　　2.1　力学性能分析

　　图1为试验钢的热膨胀曲线。由图1可见，Ac1为717.5℃，Ac3为871.4℃。因此，本研究采用的740～860℃淬火温度均在α+γ两相区。

　　管线钢采用屈强比Rt0.5/Rm、应力比(Rt1.5/Rt0.5、Rt2.0/Rt1.0、Rt5.0/Rt1.0)及均匀变形伸长率UEL等性能指标来表示钢的变形性能，屈强比越低、应力比越高、UEL越大，钢的变形性能越好。

　　图2为淬火温度对拉伸性能的影响。由图2可见，随淬火温度的增加抗拉强度Rm略有增加，增加在50MPa范围内，低于800℃淬火，Rm偏低，800～860℃保温15 min淬火，Rm为669～703MPa，满足X80大变形管线钢的强度要求。试验钢经740℃淬火后，屈服强度Rt0.5达610MPa，抗拉强 度Rm为643MPa，屈强比Rt0.5/Rm高 达0.95，应力比低于标准要求，变形性能较差。试验钢经760℃淬火后，屈服强度急剧降低至464MPa，抗拉强度升高至677MPa，使屈强比降低至0.69，应力比显著升高，变形性能较好。温度继续升高，强度、屈强比及应力比变化较平缓。740℃淬火时，屈强比及应力比均不满足标准要求;高于760℃淬火时，钢的变形性能优异，屈强比Rt0.5/Rm低于0.73，Rt1.5/Rt0.5高于1.15，Rt2.0/Rt1.0高于1.10，Rt5.0/Rt1.0高于1.24，均匀变形伸长率在11%～14%之间，断后伸长率大于35%。