碳氮化物析出行为对钒微合金化套管钢屈服强度的影响

扈 立，张 旭

（天津钢管制造有限公司，天津 300301）

钢的微合金化处理是通过加入钢中的V、Nb、Ti 等微合金化元素形成细小的碳氮化物颗粒，在钢材轧制和热处理过程中发挥细晶强化和析出强化作用，从而改善钢的性能[1]。研究显示，钢中V 元素的氮化物和碳化物溶解度差异较大，其中VN 溶解度较低，将在高温轧制过程中析出，起到细化晶粒的作用，而VC 在奥氏体中的溶解度极高，只有在铁素体形成之后的冷却过程中才会析出，充分发挥析出强化作用[2]。

分析3 个钢种生产的Φ244.48 mm×11.99 mm 110 钢级套管的综合力学性能，显示出V 微合金化对钢管强韧性的影响。参与统计的3 个钢种主要合金元素成分见表1，屈服强度和55 mm×10 mm×7.5 mm 试样0 ℃横向冲击功统计如图1 所示。3 个钢种套管横向冲击功平均值分别为77.6 J、72.7 J、73.2 J，韧性指标接近；屈服强度平均值分别为888 MPa、909 MPa、936 MPa，呈现出递增趋势。2 号钢种相对于1 号添加了V 元素，同时Mo 元素含量稍有增加，在力学性能结果方面，韧性水平接近时表现出20 MPa 屈服强度增量；3 号钢种相对于2 号钢种而言除了降低Mn 元素含量之外，将V的目标含量由0.08%增加到0.10%，在冲击韧性几乎相同的情况下屈服强度进一步提高27 MPa。因此，V 微合金化能显著提高套管的综合强韧性能。

表1 对比钢种主要合金元素成分（质量分数）%

图1 不同成分套管屈服强度统计

生产实践显示，含V 钢种套管产品热处理温度敏感性较高，管材强度随热处理温度调整产生较大波动。因此，对多个规格、不同V 含量套管进行热处理试验，并对试验结果进行分析研究。……