通過對(duì)N80套管鋼微觀組織進(jìn)行光鏡和透射電鏡分析，發(fā)現(xiàn)試樣中含高位錯(cuò)密度的板條束狀鐵素體是針狀鐵素體，在試樣中還發(fā)現(xiàn)少量典型的貝氏體，因而確定N80套管鋼的組織為針狀鐵素體和少量貝氏體。
20世紀(jì)60年代以前，石油用管的基本組織形態(tài)為鐵素體和珠光體，這種鋼的基本成分是C-Mn，一般采用熱軋和正火熱處理。為避免珠光體對(duì)鋼材韌性的損害，60年代末出現(xiàn)了以J55等為代表的少珠光體鋼。這種鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)入了微合金化鋼控軋的生產(chǎn)階段，然而，一般認(rèn)為，少珠光體鋼強(qiáng)度的極限水平為500～550MPa。為進(jìn)一步提高管線鋼的強(qiáng)韌性，研究開發(fā)了針狀鐵素體鋼。國際上，針狀鐵素體石油用鋼70年代初投入工業(yè)生產(chǎn)，典型成分是C-Mn-Nb-Mo，一般含碳量低于0.06%。針狀鐵素體是在冷卻過程中，在稍高于上貝氏體溫度范圍，通過切變相變形成的具有高密度位錯(cuò)的非等軸貝氏體鐵素體，通過微合金化以及控軋與控冷，綜合利用晶粒細(xì)化、微合金化元素的析出相與位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化效應(yīng)，來提高鋼的強(qiáng)度。為適應(yīng)石油天然氣開發(fā)的需要，在針狀鐵素體鋼研究的基礎(chǔ)上，80年代初開發(fā)研究了超低碳貝氏體鋼，超低碳貝氏體鋼在成分上采用了C、Mn、Mo、B、Ti、Nb的良好配合，形成完全的貝氏體組織，通過適當(dāng)?shù)暮辖鹪氐恼{(diào)整和控軋工藝的完善，可獲得高強(qiáng)度和良好的強(qiáng)韌性組配。
N80套管鋼作為一種微合金控軋鋼，是近年來發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度、高韌性的新鋼種。關(guān)于N80鋼是針狀鐵素體鋼還是貝氏體鋼的問題上一直存在較大的爭(zhēng)議。本研究通過光鏡和透射電鏡對(duì)武漢鋼鐵集團(tuán)研發(fā)的N80套管鋼進(jìn)行了微觀組織分析，以便對(duì)N80套管鋼的種類界定提供一定的參考。管材鋼的微觀組織對(duì)其機(jī)械性能、耐蝕性能和成形工藝等有著重要的影響，因而，分析N80套管鋼的微觀組織有著重要的意義。
2 試驗(yàn)材料及方法
2.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料采用武漢鋼鐵集團(tuán)研發(fā)的N80套管鋼，其化學(xué)成分見表1。
2.2 試樣制備及分析儀器
光鏡和透射電鏡試樣均沿鋼板的軋制方向取樣。光鏡試樣磨制后用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察。透射電鏡試樣尺寸為:15mm×10mm×0.3mm，經(jīng)砂紙磨薄后，用酒精高氯酸電解拋光。準(zhǔn)備工作做好以后，在JE200CX型透射電鏡下觀察其顯微組織。
3 微觀分析和討論
通過光鏡照片可以看出，N80管材組織大部分為鐵素體，見圖1。鐵素體晶粒較細(xì)，在400倍光鏡下很難看清其內(nèi)部形貌，因而對(duì)試樣進(jìn)行了透射電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)鋼中90%以上是鐵素體板條束。圖2是試樣中鐵素體板條束的電鏡形貌。在電鏡下，鐵素體板條內(nèi)有大量的纏結(jié)態(tài)位錯(cuò)，形成位錯(cuò)包，說明這種鐵素體的形成溫度比較低。這種大量纏結(jié)態(tài)位錯(cuò)的存在是N80管材達(dá)到較高強(qiáng)度的原因之一。為了對(duì)鐵素體板條束有更細(xì)微的觀察，在更高倍數(shù)下對(duì)其進(jìn)行了觀察，未見板條間有碳化物、殘余奧氏體、M-A組元等物質(zhì)，在板條內(nèi)也未見以上物質(zhì)。在研究材料的電鏡試樣中還見到少量的典型貝氏體組織，如圖3所示。圖3(a)中鐵素體板條間有條狀的碳化物，為上貝氏體，圖3(b)中鐵素體針內(nèi)存在有碳化物，片狀碳化物的方向與鐵素體針的長(zhǎng)軸方向成50°～60°夾角，且以單一方向排列，因而為典型下貝氏體。另外，在試樣中還發(fā)現(xiàn)存在著極少的粒狀貝氏體。
圖1 N80管材的光學(xué)顯微組織 400× 圖2 透射電鏡下的鐵素體板條束 14000×
(a)上貝氏體 27000× (b)下貝氏體 50000×
圖3 N80管材中的典型貝氏體形貌
從圖2可以看出，這種具有高密度位錯(cuò)的板條束與貝氏體鐵素體有一定的相似性，但通過對(duì)其在高倍下的細(xì)微觀察，未見板條間有碳化物、殘余奧氏體、M-A組元等物質(zhì)，在板條內(nèi)也未見以上物質(zhì)，因而，如圖2所示組織不是貝氏體。資料表明:針狀鐵素體是由含高位錯(cuò)密度的板條狀鐵素體晶粒構(gòu)成，鐵素體板條是以一組組平行的板條形式出現(xiàn)的。這說明圖2中的鐵素體板條束是電鏡下針狀鐵素體的形貌。在研究材料的電鏡現(xiàn)場(chǎng)中還見到少量的典型貝氏體組織，因而，通過對(duì)研究材料的透射電鏡觀察和分析，研究材料組織為:針狀鐵素體+少量貝氏體，組織中貝氏體的量和種類與N80鋼板材中的含碳量、合金元素含量軋制過程中的溫度控制有關(guān)。
4 結(jié)論
通過對(duì)武漢鋼鐵集團(tuán)研發(fā)的N80套管鋼的微觀組織進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)含高位錯(cuò)密度的板條束狀鐵素體占90%以上，但經(jīng)分析不是貝氏體鐵素體，是針狀鐵素體。電鏡分析過程中還看到少量的典型貝氏體組織。因此，確定N80套管鋼顯微組織為針狀鐵素體加少量貝氏體。
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