在過去的10年中,國際管線工程的工作壓力已提高到120bar。深海管線要求壁厚超過40mm,管徑可能提高到1620mm。當(dāng)前管線用鋼的主流產(chǎn)品還是標(biāo)準(zhǔn)的X70,用于壁厚1520 mm的管子時,它的原始成分足0.10%C,1.55%Mn,0.007%S,0.03%Nb,0.05%V。90年代X70級鋼的碳含量和硫含量分別降低到了0.08%和0.005%。為了把強(qiáng)度提高到X80級,同時又不犧牲太多的韌性,就要增加錳含量,必要時也可加鉬或鎳以提高鋼的淬透性,通過加入化學(xué)當(dāng)量比的鈦含量來固定氮,增強(qiáng)鈮對奧氏體調(diào)節(jié)和相轉(zhuǎn)變的影響,得到更多的貝氏體組織。
管線鋼的開發(fā)不只是提高強(qiáng)度。最近幾年高硫化氫含量的新油氣田越來越多,這就要求管線鋼有高的抗氫脆性能。要得到高的抗氫脆性能,鋼的硫含量必須低于10ppm,形態(tài)也必須控制。為得到均勻的組織,一般要使碳含量低于0.05%,同時也要限制錳的含量。近年來,在CBMM公司資助下,國外一些鋼鐵公司研究開發(fā)了適用于高溫軋鋼工藝的低碳高鈮的(0.03%C—0.10%Nb)的高韌性,抗硫化氫腐蝕的高強(qiáng)度管線鋼。
一 汽車用鋼
國際“超輕型鋼車體”(ULSAB)計(jì)劃的研究,世界所有主要的鋼廠都參與了這項(xiàng)工作,高強(qiáng)度鋼占“超輕鋼車體”的60%以上,如下這些鋼類都是含鈮鋼:低碳IF鋼、高強(qiáng)度IF鋼、烘烤硬化鋼、微合金化高強(qiáng)度鋼、雙相鋼、殘余奧氏體鋼、復(fù)相鋼。
1 汽車用熱軋鋼板
a) 熱軋高強(qiáng)度微合金化鋼
熱軋高強(qiáng)度微合金化鋼是在低碳—錳鋼基礎(chǔ)上添加0.03%~0.06%鈮作為主要微合金化元素,以晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化為主要強(qiáng)化機(jī)制的熱軋鋼帶材,屈服強(qiáng)度范圍在350-700MPa。對屈服強(qiáng)度大于 550MPa、厚度大于6mm的帶鋼,則需要在加鈮的基礎(chǔ)上加鈦和釩復(fù)合微合金化處理。
b) 熱軋多相鋼
熱軋多相鋼是另一種高強(qiáng)度熱軋鋼。研究表明,在雙相鋼 (0.1%C, 1%~1.5%Mn,0.1%~0.5%Si,0%~1.2%A1)中添加 0.03%鈮,配合大累積變形量,利用亞動態(tài)再結(jié)晶,得到細(xì)晶組織的DP鋼,強(qiáng)度可提高約1OMPa。
c) 熱軋相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼
熱軋相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼是這個多相家族的另一新成員。研究表明,在原TRIP鋼典型成分 (0.2%C,0.3%~1.5%Si,1.0%~1.5%A1)基礎(chǔ)上,添加少量的鈮可使熱加工在低于再結(jié)晶停止溫度以下進(jìn)行。
2 汽車用冷軋鋼帶
a) 冷軋高強(qiáng)度微合金化鋼
轎車車體用鋼的屈服強(qiáng)度大于 280MPa,特別是大于340MPa的帶鋼多采用鈮微合金化鋼為主。
b) 冷軋無間隙原子IF鋼(或ULC鋼)
為了得到IF鋼,殘余的碳必須用可形成穩(wěn)定碳化物和氮化物的合金元素如鈦和鈮來固定。另外,僅用鈦固碳,還對鋼的深沖性能和點(diǎn)焊性能也有不利影響。鈦鈮復(fù)合固碳克服了上述缺點(diǎn),因此Nb—Ti復(fù)合加入的合金設(shè)計(jì)越來越受到歡迎。具有高Lankford值(r值)和應(yīng)變強(qiáng)化值的高強(qiáng)度IF鋼一般只加鈮固碳。同時,鈮的加入產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化,得到更高屈服強(qiáng)度。
c) 冷軋多相鋼
DP鋼最初也不加鈮,后來研究證明在DP鋼中加鈮可以細(xì)化晶粒,提高鋼的延伸性。
d) 冷軋TRIP鋼
研究表明,鈮在室溫溫度可保持奧氏體的穩(wěn)定性,并提高奧氏體中碳的富集程度保證奧氏體的穩(wěn)定性。同時,鈮的加入又使晶粒細(xì)化,每0.01%的鈮約提高屈服強(qiáng)度15MPao
二 高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼
在熱機(jī)械處理TMCP的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)中,鈮是首選的微合金化元素。近年來熱軋鋼板和卷板以及淬火+回火高強(qiáng)度含鈮鋼(屈服強(qiáng)度最小可達(dá)690MPa)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。除了添加Nb—V鋼,也使用 Nb—Ti、Nb—Mo—Ti、Cr—Mo—Nb—Ti的鋼,以獲得更高的強(qiáng)度,同時與其它性能相匹配。研究開發(fā)強(qiáng)度級別在690MPa甚至960MPa屈服強(qiáng)度的直接淬火鋼表明,高達(dá)0.1%Nb的微合金化非常有優(yōu)勢。這個結(jié)果還有可能使含鈮HSLA鋼進(jìn)入常規(guī)高碳淬火回火鋼的領(lǐng)域。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》