X80管线钢热轧过程再结晶规律研究

刘靖彭杰张备韩静涛 张双平

（1北京科技大学材料科学与工程学院，北京， 100083;2上海宝山钢铁公司，上海， 201900)

X80管线钢热轧过程再结晶规律研究

刘靖1彭杰1张备2韩静涛1张双平1

（1北京科技大学材料科学与工程学院，北京， 100083;2上海宝山钢铁公司，上海， 201900)

采用阶梯试样轧制，通过金相观察的方法，研究了热轧过程中变形量和变形温度对X80管线钢再结晶规律及混晶的影响，绘制了再结晶区域图及混晶区域图。结果表明，随着变形温度的提高，奥氏体再结晶的临界变形量降低。变形温度在1 150℃，变形量达到40%时，再结晶已达到90%以上。为避免混晶的产生，轧制过程尽量避开部分再结晶区。

管线钢 变形温度 变形量 再结晶百分数 混晶 研究

1 引言

管线钢是热轧板带钢产品的重要品种之一，主要用于石油、天然气等的管道输运。管线钢不但要求有较高的耐压强度，而且要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能，因此，对组织性能要求较高。通过完全再结晶轧制，可利用再结晶细化晶粒，在未再结晶区轧制，晶内产生大量的变形带，最后得到比较细小均匀的晶粒[1-2]。但在部分再结晶区轧制时容易出现混晶组织，恶化钢的性能尤其是韧性[3]。所以研究工艺参数对变形奥氏体再结晶规律的影响十分重要，可为现场生产提供理论依据[4]。

2 实验材料和方法

2.1 实验材料

试样取自某钢厂X80管线钢，成分见表1。将试样加工成阶梯形状，尺寸如图1所示，变形后的试样厚度为7.2 mm，同一温度下阶梯试样发生10%～80%的变形。

表1 X80管线钢化学成分 /wt%

图1 阶梯形试样

2.2 实验方法

试样加热采用碳-硅棒电阻式加热炉，轧制采用试样端部焊接镍铬/镍硅热电偶并外接温度显示器的方法进行数据测量和控制试样的加热温度及开轧温度。轧制过程在北京科技大学ø350 mm二辊可逆轧机上进行。按照图2所示的工艺，将试样加热至1200℃保温15 min，以5℃/s的速度冷却至不同轧制温度进行轧制，对轧后的试样马上进行淬水处理，以保存原始奥氏体晶粒形貌。所有轧后试样均沿台阶中心纵向切开取样，将金相试样用过饱和苦味酸水溶液加少量白猫牌洗涤剂在78℃～82℃左右进行热侵蚀，在AXIOVER200MAT卧式金相显微镜下观察并计算奥氏体再结晶百分数。

图2 实验钢再结晶规律研究实验工艺

3 实验结果与分析

3.1 变形量对再结晶的影响

根据实验所得数据绘出不同温度下变形量与再结晶百分数的对应关系，如图3所示。由图3可知，随着变形量的增加再结晶百分数增加。950℃以下发生再结晶比较困难，变形量小于60%时再结晶百分数变化缓慢，不超过20%。当温度达到1 000℃～1 050℃时，变形量对再结晶的影响加剧，变形量为50%时，再结晶百分数也达到50%，变形量增加到60%时，已基

TIANJIN METALLURGY本发生了完全再结晶，再结晶率达到80%以上。当温度为1 150℃时，10%的压下量就能使再结晶百分数达到60%以上，变形量为40%时，再结晶百分数已超过90%。

图3 变形量与再结晶百分数关系图

图4为1 100℃不同变形量下的奥氏体晶粒形貌照片。从图4中可看到，变形量为20%时，只有少量奥氏体晶粒发生了再结晶，而且新生成的晶粒是在原奥氏体晶界上生成;当变形量增加达到40%，再结晶率超过了50%，大部分奥氏体晶粒已经细化，但仍有部分粗大的奥氏体存留在其中，此时细小的晶粒和粗大的晶粒混合在一起;当变形量继续增加，达到70%时，再结晶已基本完成，奥氏体晶粒已经均匀化。图5为奥氏体晶粒大小与变形量关系曲线，可以发现，在同一变形温度下，随着变形量的增加奥氏体晶粒细小均匀。

图4 变形量对晶粒大小的影响（轧制温度1100℃)

图5 奥氏体晶粒大小随变形量变化曲线（轧制温度1100℃)

3.2 轧制温度对再结晶的影响

当变形量不变，再结晶百分数随轧制温度的升高而增加，如图6所示。变形量小于40%时，随轧制温度的升高再结晶百分数先缓慢上升，达到1 050℃后开始急剧增加。变形量分别为70%、80%时，奥氏体再结晶百分数在900℃以前急剧增加达到了70%，950℃后随着温度的继续升高变化趋缓，因为此时已发生了完全再结晶。同时可以看出，当温度为850℃时，即使变形量达到80%再结晶百分数也不会超过20%，而温度达到1 150℃时只用10%的变形量就可使再结晶百分数达到60%以上。

图6 轧制温度与再结晶百分数关系图

3.3 X80管线钢再结晶区域图

根据变形量和变形温度对再结晶百分数的影响规律，绘制出图7所示的X80管线钢再结晶区域图。由图7中可以看出，随着轧制温度的降低发生完全再结晶需要更大的轧制变形量，而随着变形量的降低要发生完全再结晶的轧制温度也逐渐升高。当温度低于950℃时发生完全再结晶已比较困难，并且未再结晶区也随着温度的降低而扩大。

3.4 混晶分析

根据不同温度、不同变形量下，轧制试样的金相照片绘制出X80管线钢混晶区域图，如图8所示。

图7 X80管线钢再结晶区域图

图8 X80管线钢混晶区域图

结合图7及图8，可以发现混晶开始和结束的临界变形量主要分布在部分再结晶区。在部分再结晶区轧制，已发生再结晶的晶粒细小，而没有发生再结晶的晶粒，只是由于变形而被拉长，晶粒并没有变小，此时细化的晶粒与粗大的晶粒同时存在而造成混晶，混晶的存在对强度影响不大，但会严重影响韧性，因此要避免混晶的出现。

4 结论

4.1 随轧制温度的升高、变形量的增加，X80管线钢再结晶百分数增加。

4.2 轧制温度低于950℃时，X80管线钢已很难发生动态再结晶;轧制温度在1 100℃以上，变形量达到40%时已基本实现完全再结晶。考虑到X80管线钢中微合金元素固溶及加热过程中奥氏体晶粒粗化的问题[5]，建议生产中的开轧温度确定在1 150℃左右。

4.3 混晶主要发生在部分再结晶区，考虑到混晶对钢材性能的影响，生产中应避开部分再结晶区。

[1]田村今男.高强度低合金钢的控制轧制与控制冷却[M].北京：冶金工业出版社，1992：111.

[2]王有铭，李曼云，韦光.钢材的控制轧制和控制冷却[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[3]职任涛，刘昌其，肖纪美，等.钢中原始组织对奥氏体混晶的影响[J].金属热处理学报，1981，5(1)：7-19.

[4]蔡庆伍，刘晋珊，余伟.Mn-Nb-Mo系X70级管线钢奥氏体再结晶规律的研究[J].轧钢，2005,22(1)：7-10.

[5]彭杰.X80管线钢热加工工艺的研究[D].北京：北京科技大学，2010.

Study on X80 Pipeline Steel Recrystallization Law in Hot Rolling Process

Liu Jing,Peng Jie,Zhang Bei,Han Jingtao,Zhang Shuangping

With stepped sample rolling and metallographic observation method,the authors study the influence of deformation amount and deformation temperature on the recrystallization law and mischcrystal of X80 pipeline steel during hot rolling process and plot recrystallization area diagram and mischcrystal area diagram.Results show that the critical deformation amount of austenite recrystallization decreases with the increase of deformation temperature.When deformation temperature is 1 150℃and deformation amount reaches 40%,recrystallization is more than 90%.In order to prevent mischcrystal from forming,partial recrystallization area should be avoided in rolling.

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（收稿 2010－10－25 责编 赵实鸣)

刘靖，博士，北京科技大学材料科学与工程学院副教授。主要研究方向轧制过程中金属组织性能的控制;复合材料研究。