500MPa级海洋平台用钢热轧工艺及析出物研究

　　海洋平台是开发海洋资源的超大型焊接钢结构，海洋平台用钢所处环境恶劣，在波浪、海潮、风暴及寒冷流冰等严峻的海洋环境中工作，支撑总重量超过数百吨的钻井设备，因而决定了海洋平台用厚板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、耐海水腐蚀、抗层状撕裂及良好的可焊性。

　　在C-Mn钢的基础上，实验利用Ni、Cr具有良好的耐海水腐蚀性能，Cu、AI具有较好的耐候性能，并充分利用Nb、Ti的细晶强化和析出强化作用，开发了500MPa级耐蚀性海洋平台用厚钢板。

　　本文通过热轧实验分析了热轧工艺参数对海洋平台用钢力学性能的影响，并研究了第二相粒子的形貌、成分，探讨了Nb、Ti复合添加时的析出过程。

　　1实验材料及方法

　　在50kg实验室真空感应炉上冶炼海洋平台用钢，钢锭经开坯后尺寸为80mm×80mm×100mm，化学成分见表1。

　　加热温度设定为1200℃，保温时间1h。轧制工艺为两阶段轧制，再结晶区轧制时道次压下量为20%左右，保证了再结晶的充分进行。为了避免在部分再结晶区轧制，未再结晶区轧制温度控制在900℃以下，共轧制7道次，各道次钢板厚度为80一64—51—41—33—28—23—20mm。终轧温度控制在Ar3+(50～lOO)℃，分别设定为850、800℃。根据实验的冷却条件，终冷温度设定为700℃和535℃左右，冷却速率为30℃·s-1。

　　轧后板材按GB228-2002加工成标准拉伸试样，在SANS CMT5105电子万能试验机进行拉伸试验，测量屈服强度、抗拉强度和伸长率。纵向取样加工成10mm×10mm×55mm冲击试样，用摆锤式冲击实验机测定冲击功。轧制试样经粗磨抛光后用4%硝酸酒精腐蚀，利用LEICAQ5501IW光学显微镜观察试样组织。电解液采用8%的高氯酸和乙醇，电压为50V，电流为25mA，双喷后试样经离子减薄仪清洗后用透射电镜TECNAI G2 F30观察，点分辨率为0.20nm，线分辨率为0.10 nm。

　　2实验结果及讨论

　　2.1力学性能

　　实验钢工艺参数及力学性能见表2。由表2可见，试样屈服强度在550MPa以上，抗拉强度在850MPa以上，屈强比在0.8以下，伸长率均超过20%，—40℃低温冲击功在70J以上，C2-2：试样的冲击功达到300J。随着终轧温度和终冷温度降低，试样的屈服强度由588MPa提高至618MPa，抗拉强度由862MPa提高至875MPa，而伸长率略有降低。

　　2.2显微组织观察

　　试样金相组织见图1，TEM观察组织见图2。由图1可以看出，实验钢C2-1。和C2-2金相组织主要为针状铁素体组织。对C2-1，试样进行透射电镜观察，如图2所示。图2a为针状铁素体板条，并有大量由高密度位错构成的位错缠结;图2b为残余奥氏体，宽度为200nm;图2c为孪晶马氏体。这是由于C2-1试样终冷温度过高(700℃)，铁素体相变后碳扩散充分，剩余奥氏体碳浓度提高，当冷却至室温时，发生马氏体相变，发生孪晶切变。金相组织观察发现C2-2试样中针状铁素体含量较高，M/A岛数量较少。这是因为降低终轧温度，变形中的变形带为针状铁素相变提供了更多的形核点，加速了铁素体相变，产生了更多的针状铁素体，M/A岛大量减少，提高了低温韧性[1]。粒状受氏体中盼M/A岛本身力硬而脆的高碳颗粒，不仅在基体中产生应力集中，而且在断裂时成为裂纹的萌生源和裂纹的低能量扩散通道,可降低钢的低温韧性[2,3].M/A岛数量越少，小岛弦长越小，岛状间距越大，钢的韧性越好[4]。因此通过调整工艺参数，可以改蒋钢的低溢秘性。