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摘要： 通过对某厚板厂X70管线钢的控冷工艺与物理性能之间关系的分析，研究不同冷却速率对X70管线钢物理性能的影响，认为较高的冷却速率是保证管线钢性能的关键因素，结合某厚板厂冷却系统，提出冷却速率的建议。
关键词： 管线钢；冷却速率；机械性能
中图分类号：TG142.15文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0620178－01
0 前言
管线钢是低合金高强度钢的典型代表，主要用于制造石油、天然气的输送管道，对拉伸性能、低温韧性等有较高要求。国内某钢铁企业生产的管线钢一直由热轧厂生产，厚板厂投产后采用控轧控冷工艺组织了X70管线钢的生产。冷却速率对X70管线钢的物理性能有较大影响。
1 控制冷却的机理
控制冷却的重要目的是在不降低钢板的韧性的前提下通过控制冷却进一步提高钢板的强度，它能防止奥氏体晶粒长大，保持碳化物固溶状态，达到固溶强化的目的，同时细化冷后晶粒，从而改善钢板的性能。利用适当的控轧控冷工艺，可以使X70管线钢获得以针状铁素体为主的混合晶粒组织，国内现有的研究结果表明这种组织具有优良的强韧性能。
图1是X70管线钢控制轧制后的CCT曲线图，随着冷却速率提高，Ar3温度下降。冷却速率小于15℃/s时，发生奥氏体向块状铁素体的转变（A→F），这种组织强度较低。当冷却速率达到15℃/s时，开始产生奥氏体向针状铁素体的转变（A→AF）。随着冷却速率上升，这种转变进行的越完全，组织强度提高。当冷速过大时，得到全针状铁素体组织或贝氏体组织，韧性较差。因此在实际生产中，必须使用合适的冷却速率，才能使X70管线钢获得较好的综合性能。
2 试验方法
2.1 试验材料
分3批次进行X70管线钢的生产。
图1X70控轧后冷却CCT曲线图
Fig.1CCT curve of X70
炼钢厂浇铸成220mm×1700mm的连铸坯，经切割、加热后，在宽厚板轧机上进行两阶段轧制。
2.2 控冷工艺参数
轧后钢板进入加速冷却装置进行水冷。冷却工艺如表1所示。钢板水冷后进入热矫直机进行矫直，然后在冷床上空冷至室温。
表1钢板控制冷却工艺参数
2.3 试验结果
钢板取样后进行常规拉伸试验、常规冲击试验。试验结果如下：
2.3.1 常规拉伸试验
将冷速12～15℃/s的钢板性能与冷速25℃/s的钢板性能进行统计后对比，由表2可以看出，随着冷却速率的提高，钢板的抗拉强度与屈服强度也随着提高，断面收缩率下降。说明随着冷却速率提高，钢板的强度上升，塑性下降。
表2X70拉伸试验结果
2.3.2 冲击试验
1）-20℃冲击试验
-20℃冲击试验结果如表3所示：
表3X70冲击功（J）
2）-10℃落锤撕裂试验（DWTT 试验）
对冷速为12℃/s 的11块试样进行DWTT试验，观察断面，其中4块剪切面积为90％，其余7块为100％；对冷速为15℃/s的6块试样进行同样的试验，其中2块剪切面积为50％，其余4块为100％；冷速为25℃/s的8块试样，其剪切面积全部为100％。
从冲击试验和DWTT试验结果来看，冷却速率25℃/s的X70钢板，其冲击功大于冷却速率12～15℃/s的钢板，并且冷速25℃/s 的钢板DWTT试验剪切截面积全部为100％，优于冷速12～15℃/s的钢板试验结果。总的来说，冷却速率25℃/s的X70钢板，韧性优于冷速12～15℃/s的钢板。
2.4 试验结果分析
由上述冷却结果可知，冷却速率对材料性能的影响规律是，随冷却速率的增加，X70材料的强韧性增加。这是由于高的冷却速率有利于形成贝氏体与针状铁素体组织。在两阶段控轧结束后，经过奥氏体未再结晶变形的奥氏体有3种变化趋势：一是发生回复与再结晶；二是发生相变形成大的铁素体与珠光体；三是快冷发生贝氏体转变。假如冷却速率不够大的话，可能会发生前两种转变，使得晶粒过粗，性能下降。实际生产中，当冷却速率越大，形成的贝氏体与针状铁素体数量越多，钢板的强度、韧性也越好；反之，冷却速度越小，得到的贝氏体组织越少，材料的强度下降。从试验结果来看，当冷却速度为12～15℃/s，X70材料的拉伸性能试验结果并不理想。冷却速度为25℃/s时，X70管线钢获得了较好的强度与韧性。
3 结论
冷却速率对X70管线钢的机械性能有较大影响，冷却速率对X70管线钢性能的影响是通过控制控轧后奥氏体的组织转变实现的。选择适当的冷却速率，可以获得以针状铁素体为主的混合组织，在实际生产中，当冷却速率为25℃/s时，X70管线钢获得了较好的强韧水平。
参考文献：
[1]王晓刚，X70管线钢控轧工艺与组织性能关系的研究，宽厚板，2003年，第5期：21-25.
[2]张来祥，用加速冷却方法改善低合金钢的强度和韧性，宽厚板，1999年，第4期：1-5.
[3]王会岭，X70管线钢生产中控轧控冷工艺的应用，宽厚板，2004年，第4期：1-3.
关键词： 管线钢；冷却速率；机械性能
中图分类号：TG142.15文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0620178－01
0 前言
管线钢是低合金高强度钢的典型代表，主要用于制造石油、天然气的输送管道，对拉伸性能、低温韧性等有较高要求。国内某钢铁企业生产的管线钢一直由热轧厂生产，厚板厂投产后采用控轧控冷工艺组织了X70管线钢的生产。冷却速率对X70管线钢的物理性能有较大影响。
1 控制冷却的机理
控制冷却的重要目的是在不降低钢板的韧性的前提下通过控制冷却进一步提高钢板的强度，它能防止奥氏体晶粒长大，保持碳化物固溶状态，达到固溶强化的目的，同时细化冷后晶粒，从而改善钢板的性能。利用适当的控轧控冷工艺，可以使X70管线钢获得以针状铁素体为主的混合晶粒组织，国内现有的研究结果表明这种组织具有优良的强韧性能。
图1是X70管线钢控制轧制后的CCT曲线图，随着冷却速率提高，Ar3温度下降。冷却速率小于15℃/s时，发生奥氏体向块状铁素体的转变（A→F），这种组织强度较低。当冷却速率达到15℃/s时，开始产生奥氏体向针状铁素体的转变（A→AF）。随着冷却速率上升，这种转变进行的越完全，组织强度提高。当冷速过大时，得到全针状铁素体组织或贝氏体组织，韧性较差。因此在实际生产中，必须使用合适的冷却速率，才能使X70管线钢获得较好的综合性能。
2 试验方法
2.1 试验材料
分3批次进行X70管线钢的生产。
图1X70控轧后冷却CCT曲线图
Fig.1CCT curve of X70
炼钢厂浇铸成220mm×1700mm的连铸坯，经切割、加热后，在宽厚板轧机上进行两阶段轧制。
2.2 控冷工艺参数
轧后钢板进入加速冷却装置进行水冷。冷却工艺如表1所示。钢板水冷后进入热矫直机进行矫直，然后在冷床上空冷至室温。
表1钢板控制冷却工艺参数
2.3 试验结果
钢板取样后进行常规拉伸试验、常规冲击试验。试验结果如下：
2.3.1 常规拉伸试验
将冷速12～15℃/s的钢板性能与冷速25℃/s的钢板性能进行统计后对比，由表2可以看出，随着冷却速率的提高，钢板的抗拉强度与屈服强度也随着提高，断面收缩率下降。说明随着冷却速率提高，钢板的强度上升，塑性下降。
表2X70拉伸试验结果
2.3.2 冲击试验
1）-20℃冲击试验
-20℃冲击试验结果如表3所示：
表3X70冲击功（J）
2）-10℃落锤撕裂试验（DWTT 试验）
对冷速为12℃/s 的11块试样进行DWTT试验，观察断面，其中4块剪切面积为90％，其余7块为100％；对冷速为15℃/s的6块试样进行同样的试验，其中2块剪切面积为50％，其余4块为100％；冷速为25℃/s的8块试样，其剪切面积全部为100％。
从冲击试验和DWTT试验结果来看，冷却速率25℃/s的X70钢板，其冲击功大于冷却速率12～15℃/s的钢板，并且冷速25℃/s 的钢板DWTT试验剪切截面积全部为100％，优于冷速12～15℃/s的钢板试验结果。总的来说，冷却速率25℃/s的X70钢板，韧性优于冷速12～15℃/s的钢板。
2.4 试验结果分析
由上述冷却结果可知，冷却速率对材料性能的影响规律是，随冷却速率的增加，X70材料的强韧性增加。这是由于高的冷却速率有利于形成贝氏体与针状铁素体组织。在两阶段控轧结束后，经过奥氏体未再结晶变形的奥氏体有3种变化趋势：一是发生回复与再结晶；二是发生相变形成大的铁素体与珠光体；三是快冷发生贝氏体转变。假如冷却速率不够大的话，可能会发生前两种转变，使得晶粒过粗，性能下降。实际生产中，当冷却速率越大，形成的贝氏体与针状铁素体数量越多，钢板的强度、韧性也越好；反之，冷却速度越小，得到的贝氏体组织越少，材料的强度下降。从试验结果来看，当冷却速度为12～15℃/s，X70材料的拉伸性能试验结果并不理想。冷却速度为25℃/s时，X70管线钢获得了较好的强度与韧性。
3 结论
冷却速率对X70管线钢的机械性能有较大影响，冷却速率对X70管线钢性能的影响是通过控制控轧后奥氏体的组织转变实现的。选择适当的冷却速率，可以获得以针状铁素体为主的混合组织，在实际生产中，当冷却速率为25℃/s时，X70管线钢获得了较好的强韧水平。
参考文献：
[1]王晓刚，X70管线钢控轧工艺与组织性能关系的研究，宽厚板，2003年，第5期：21-25.
[2]张来祥，用加速冷却方法改善低合金钢的强度和韧性，宽厚板，1999年，第4期：1-5.
[3]王会岭，X70管线钢生产中控轧控冷工艺的应用，宽厚板，2004年，第4期：1-3.