三种不同显微组织的高钢级管线钢EBSD表征

覃波 吴安如 陈娟

摘 要：基于高钢级管线钢的成分体系，建立双亚点阵模型：（Nbx，Ti1-x）（ CyN1-y ）-AlN复合析出的热力学模型，计算出800℃～1450℃温度区间内两种不同Nb含量的管线钢中碳氮化物复合析出数据，并于Jmatpro软件计算结果进行比较，结果表明：Nb含量的增加，提高了Nb的全固溶温度，扩大了高温析出温度区域；Ti元素1200℃～1450℃温度区间内析出速度很快，1200℃时两种成分钢中Ti的析出量均大于50%；800℃平衡态时，析出物均以NbC为主；Nb对Ti元素的交互作用，间接影响到AlN的析出。热力学计算结果与JMatpro软件计算结果进行比较，试验数据有着良好的一致性。

关键词：铌；管线钢；碳氮化物；热力学模型

现代管线钢生产中，通过成分、组织和控轧控冷工艺优化来提高管线钢的综合力学性能。管线钢的混合组织控制对其强韧性有着重要的影响。

多边形铁素体和块状铁素体转变温度较高，可以提高钢的塑性。贝氏体铁素体和粒状贝氏体，二者相变温度区间基本相同，冷却速度决定相变类型，同时还伴有一定体积分数的马奥组元有着较高的强度。冷速越快，马奥组元越细小。

贝氏体铁素体TEM下观察到许多高位错密度板条结构，板条间为小角度晶界，板条在晶界处形核向晶内生长。EBSD 技术在材料微观组织结构分析、晶粒尺寸、取向差分析、相鉴定与分布以及微织构中已得到广泛应用。钢材的强韧性和大角晶界的分布和密度（频率）存在很密切的联系。

1 实验材料与方法

EBSD试样制备过程如下：

1）用线切割方法切割试样尺寸为10mm×10mm×4mm；2）用丙酮去除表面油污后，在水砂纸上进行由粗到细研磨，目的是去除试样表面切割后产生的表面浮雕和切割痕。将细磨后的试样电解抛光，去除表面的应力层。

對管线钢而言，确定组织中的有效晶粒尺寸很重要，因为晶粒大小是决定着强度和韧性的首要因素。目前对金属材料晶粒尺寸的表征依赖于金相组织的晶界，但受制样手段及显微镜分辨率的限制，某些特殊的晶界，如小角度晶界很难用常规的腐蚀方法显示出来，从而造成统计的晶粒尺寸与实际尺寸有一定的偏差，且效率极低，进而使通过光学显微镜和SEM测定贝氏体的晶粒尺寸比较困难。

贝氏体在光学显微镜下没有衬度差，均成亮白色，虽然可以通过铁素体内的M-A岛的分布或板条束取向区分不同的晶粒，但是操作上很困难，且误差也很大。

EBSD自动分析技术可以获得样品中不同晶粒之间的取向差，通过取向成像技术，重构出与取向有关的微观组织结构，从而对晶粒尺寸进行快速定量表征。

M.Diaz-Fuentes等人利用EBSD研究了低碳钢的韧性行为，发现脆性裂纹只有在晶界取向差最小为15°及以上时才发生较显著的反射。由此可知，在高级别管线钢中，只有那些晶界取向差大于15°的组织单元，即晶粒才是控制高钢级管线钢组织性能的有效晶粒。

表2中不同试样的晶粒尺寸。冷速为20℃/s，卷取温度为400℃的试样的有效晶粒尺寸为4.04μm。降低卷取温度到350℃，保持冷速不变，有效晶粒尺寸为2.77μm。降低卷取温度，晶粒尺寸明显变细，组织类型变化不大，这可以解释材料屈服强度和抗拉强度增加的同时，延伸率和冲击功同步增加。保持卷取温度不变，冷速提高到25℃/s时，强度增加，但延伸率和冲击功下降。

表2中给出的有效晶粒尺寸为2.70μm，可知提高冷速，组织中的晶粒尺寸虽说细化了，但变化不大。这时起决定作用的是组织类型的转变，组织中的粒状贝氏体几乎被贝氏体铁素体所取代，使强度急剧增加，韧性下降。在此工艺条件下获得的力学性能都可以满足X120管线钢的要求。

综上所述，提高冷速和降低卷取温度，都可以使屈服强度和抗拉强度增加，但冷速对性能的影响较大。上述获得的力学性能中的抗拉强度和屈服强度普遍偏高，延伸率相对较低，可以通过进一步降低冷速来获得综合力学性能良好的X100管线钢。若想获得满足X120级别的管线钢，其工艺参数可采取2a-3中的工艺参数，为进一步研究更高级别的管线钢提供参考依据。

参考文献：

[1] 胡美娟，李炎华，吉玲康，杨放，池强.X65MS酸性服役管线钢焊接性研究[J].焊管，2014（11）.

作者简介： 覃波，博士研究生在读，研究方向：高强高导高弹性铜合金材料研究与开发、镁合金、无损检测。