如何獲得細晶粒組織
1。
超純淨管線鋼
超純淨鋼一般是指鋼中總含氧量和
SPN
、
H
含量很低的鋼。超純淨管線鋼中各種質含量極低，分別為
S<00005%
、
P<0。002%
、
N<0。002%
、
<0。001%
和
H<0001%
。雜質元素對鋼材的效能產生不利的影響，對鋼管來講，總合氧量高將會降低鋼的韌性與延展性，
S
降低鋼的衝擊韌性
；P
能顯著降低鋼的低溫衝擊韌性，提高脆性轉變溫度，使鋼產生冷脆
；
氮化物破壞鋼的焊接效能。要提高管線鋼的效能，必須系統地降低鋼中雜質元素的含量。
然而，在工業上要完全消除夾雜物是不可能的。所以對夾雜物的形態進行控制已成為獲取優質管線鋼的重要手段。其基本方法是向鋼中加人
Ca
、
Zr
、
Ti
、稀土等元素，控制夾雜物形態，提高管線鋼的韌性指標。
2。
高強度、高韌性管線鋼
隨著管道工程的發展，對管線鋼韌性的技術要求日益提高，韌性已成為管線鋼最重要的效能指標。為獲取高韌性管線鋼，可透過多種韌化機制和韌化方法，其中以低碳或超低碳、純淨或超純淨、均勻或超均勻、細晶粒或超細晶粒以及針狀鐵素體為代表的組織形態是高韌性管線鋼最重要的特徵。
（1）
超細晶粒管線鋼超細管線鋼的獲得，首先歸結於微合金化理論的成功應用。在管線鋼控軋再加熱過程中，未溶微合金碳、氮化物透過質點釘扎品界的機制而阻止奧氏體晶粒的粗化過程。同時在控軋過程中，應變誘導沉澱析出的微合金碳化物、氯化物透過質點釘扎晶界和亞晶界的作用阻止奧氏體再結品，從而獲得細小的相變組織。超細晶粒管線鋼的獲取有賴於控制軋製技術的應用。透過控制熱軋條件，目前工業生產的鐵素體晶粒尺寸可控制到
3~4um
，實驗室可獲得
1~2um
的鐵素體品粒。對於針狀鐵素體或超低碳貝氏體管線鋼，透過控制軋製和控制冷卻，可降低鋼中鐵素體板條束的大小，大大細化了“有效晶粒”的尺寸，提高了管線鋼的強韌性指標。
（2）
針狀鐵素體管線鋼 為進一步提高管線鋼的強韌性，
20
世紀
70
年代研究開發了針狀鐵素體鋼，典型成分為
CMn-Nb-Mo
，一般碳含量小於
0。06%
。針狀鐵素體是在冷卻過程中，在稍高於上貝氏體溫度範圍內，透過切變相變形成的具有高密度位錯的非等軸鐵素體。針狀鐵素體管線鋼透過微合金化和控制軋製與控制冷卻，綜合利用晶粒細化、微合金元素的析出相與位錯亞結構的強化效應，可使鋼的屈服強度達到
650MPa
，一
60
℃衝擊吸收功達到
80J
（3）
超低碳貝氏體管線鋼為適開發極和近海能源的需要，在針狀鐵素體鋼研究的基礎上，國內外於
20
世紀
80
年代初開發研究了超低碳貝氏體管線鋼。超低碳貝氏體鋼在成分設計上選擇了
C
、
Mn
、
Nb
、
Mo
、
B
、
Ti
的最佳配合，從而在較寬的冷卻範圍內都能形成完全的貝氏體組織。在保證優良的低溫韌性和焊接性的前提下，透過適當提高合金元素的含量和進一步完善控軋與冷控工藝，超低碳貝氏體鋼的屈服強度可達到
700~800MPa
。因此超低碳貝氏體被譽為
21
世紀的新型控軋鋼
（4）Ti-O
新型管線鋼
20
世紀
90
年代以後，一種
Ti-O
新型管線鋼研究開發。其原理是向鋼中加人粒度細小均勻分佈的
Ti-O
質點
（2~3um）
。這種彌散分佈的
TizO
，質點不但可以阻止奧氏體長大還可以在鋼的冷卻過程中作為相變的形核核心，促進大量針狀鐵素體的形成，可明顯改善管線鋼的焊接韌性
。
3。
管道的大位移環境與大變形管線鋼
所謂大變形管線鋼是一種適應大位移服役環境的，在拉伸、壓縮和彎曲載荷下具有較高極限應變能力和延性斷裂抗力的管道材料。這種管線鋼既可滿足管道高壓、大流量輸送的強度要求和滿足防止裂紋起裂和止裂的韌性要求，同時又具有防止管道因大變形而引起的屈曲、失穩和延性斷裂的極限變形能力，因此大變形管線鋼是管道工程發展的迫切需要，也是傳統油、氣輸送管道材料的一種重要補充和發展。
大變形管線鋼的主要效能特徵是在保證高強韌性的同時，具有低的屈強比
（6。10
0。8）
、高的均勻伸長率
（
如
>8%）
和高的形變強化指數
（n>0。15）
。大變形管線鋼的
要組織特徵是雙相組織。雙相大變形管線鋼不同於傳統的管線鋼，也不同於一般意義上的雙
大戰相鋼。它透過低碳、超低碳的多元微合金設計和特定的控制軋製和加速冷卻技術，在較大的
及石厚度範圍內分別獲得
B-F
和
B-M/A
等不同型別的雙相組織。
4。
易焊管線鋼
焊接性是管線鋼最重要的特性之一。具備優良焊接性的鋼可稱為易焊鋼。現代易焊管線鋼可分為焊接無裂紋管線鋼和焊接高熱輸人管線鋼。
（1）
焊無裂紋管線鋼冷裂紋是管線鋼焊接過程中可能出現的一種嚴重缺陷。大量 故質量
產實踐和理論研究表明，鋼的淬硬傾向、焊接接頭中含氫量和焊接接頭的應力狀態是管線鋼
限制，
焊接時產生冷裂紋的三大主要因素。就鋼的淬硬傾向而言，主要取決於鋼的含碳量，其他合
壓、高
金元素也有不同程度的影響。綜合這兩方面的因素，提出了以
“碳當量”作為衡量鋼的焊接 但一般 裂紋傾向性的依據。為適應焊接無裂紋的要求，現代管線鋼通常採用
0。1%
或更低碳當量， 接和檢 甚至保持在
0。01%~0。04%
的超低碳水平。目前國外管線鋼通常要求
CEnw
小於
0。40%
或 領域代
CEPcm
小於
0。20%
，用於高寒地區的管線鋼則要求
CEuw
小於
0。32%
或
CEPem
小於
0。12%
。 簡單， 微合金化和控軋控冷等技術的發展，使得管線鋼在碳含量降低的同時保持高的強韌特性。最 料生產 新冶煉技術的發展，已為工業生產超低碳管線鋼提供了可能。 直縫管
（2）
焊接高熱輸人管線鋼採用高的焊接熱輸人可提高焊接的生產效率，但對熱影響區 採用直
產生重要影響。高的焊接熱輸入一方面促使晶粒長大
；
另一方面使焊後冷卻速度降低，而導
（HFW
致相變溫度升高，從而形成軟組織，引起焊接熱影響區的效能惡化。一般認為由此引起熱影 術發展白 響區的韌性損失為
20%~30%
面
1。
為控制管線鋼熱影響區在高熱輸人下的品粒長大，可以透過向鋼中加人微合金元素來實高麥現。據資料介紹，
Ti
是一種在焊接峰值溫度下能透過生成穩定的氮化物，控制晶粒長大的阻熱並施有效元素。研究表明，即使在高達
1400
℃的溫度下
TiN
仍表現了很高的穩定性，從而有效其優
Ti
含量為
0。02%~0。03%
，並保持
Ti/N
遠低於
3。5
地抑制在高熱輸下的奧氏體品界遷移和晶粒相互吞併的長大過程。目前管線鋼中推薦的最佳後有熱處的頂鍛或為避免在焊接高熱輸人下熱影響區中軟組織的形成，在
20
世紀
80
年代研究開發了 要求製備 工件不易
NbTiB
線用相力學上的重特性加人微量的
B（0。002%~0。005%）
明顯制組織鐵素體等在奧氏體界上形核，使鐵素體轉變曲線明 形一焊接 高頻顯右移，同時貝氏體轉變曲線變得扁平，即使在焊接高熱輸人和較大的冷卻範圍內，也能獲得貝氏體組織，使管線鋼熱影響區強韌特性不低於母材。營
5。
高抗腐蝕管線鋼
過一系列這些裝置和在輸送酸性油、氣時，管道內部接觸
HSCO
和由於保護塗層化等原因出
2。
雙現區域性損傷，鋼管外壁與土壤和地下水中的硝酸根離子
（NO）
、氫氧根離子
（OH） （1）
板
碳酸根離子等觸因管線鋼的腐蝕問題是檢驗。
管線的生產，代表了一個國家管線鋼生產的最高水平。難以避免的。隨著高硫氣田的開發，研究高抗腐蝕管線鋼的課題日顯迫切。高抗
HS
腐
（2）
銑和坡口形狀