硬线钢82B盘条是建筑和交通运输行业广泛使用的材料，制成钢铰线的强度级别最高可达2000MPa，主要用于大型铁路、公路、桥梁和输水管道建设中。盘条经酸洗和磷化后，连续冷拔拉成5.05mm的钢丝，变形比高达85%以上。这就要求在硬线钢的冶炼过程中要减少脆硬性夹杂的数量及提高钢水的纯净度。笔者对生产硬线钢精炼过程进行了分析，以研究炉渣对夹杂物的影响。研究的硬线钢生产工艺为210t转炉→210tLF炉→160mm×160mm方坯。 　　北京科技大学的学者从Al2O3活度和夹杂物成分两方面来研究精炼渣对夹杂物的影响。采用Factsage软件对CaO-Al2O3-SiO2-MgO(8%)-CaF2(8%)炉渣中Al2O3活度进行了计算，并研究了碱度和(MgO)含量对Al2O3活度的影响。当炉渣碱度从1.0增加到2.0时，炉渣中Al2O3活度随着炉渣碱度的增加而降低；当炉渣碱度从2.0增加到3.8时，Al2O3活度变化幅度很小；(MgO)质量分数分别为5%和8%的渣，Al2O3活度差距较小；在碱度高的炉渣中[Al]s容易被从炉渣还原到钢水中。在使用高碱度精炼渣的盘条中发现许多含有MgO的硬性夹杂物，并对此进行了分析，最后得出最适宜的炉渣碱度为2.5～3.0。

    在超级13Cr管线管钢中为防止焊接部发生应力腐蚀开裂，采用PWHT（焊后热处理）是有效的办法，其应用范围正不断扩大。另一方面，PWHT会降低敷设时的施工效率，影响成本，因此还有的用户提出不使用PWHT的想法。虽然双相不锈钢可以不采用PWHT，但初期成本高是问题点之一。 　　因此，新日铁进行了新型双相不锈钢DP25U的开发，它定位在既可以不使用PWHT，又处于现有的双相不锈钢和超级13Cr钢之间的钢种。 　　在成分设计方面，首先，为能无需使用PWHT，DP25U的Cr添加量比超级13Cr钢的高，以此稳定钝态氧化膜。其次，在现有双相不锈钢DP8和DP3W中，为能确保即使在H2S环境下也具有良好的耐蚀性，将Mo的含量提高到3mass%以上，据此将DP25U的应用环境限定在微量H2S，降低Mo含量，由此达到降低合金成本的目的。而且，通过添加Cu取代Mo，能确保在H2S环境中也具有耐蚀性。根据这些成分设计思路，进行了实验室实验研究，确定DP25U的主要成分为25Cr-5Ni-1Mo-2.5Cu-0.18N。 　　DP25U在固溶状态下强度超过65ksi，因此它可作为65ksi级强度的钢。另外，即使在低温下，也具有很高的冲击能，是具有良好韧性的钢种。 　　在高Cl－环境下，对应力腐蚀开裂敏感性进行了4点弯曲试验，结果没有发生应力腐蚀开裂。结果表明，在以Cu为垫板的GMAW条件下，即使不采用PWHT，DP25U也具有高温下的抗应力腐蚀开裂性能。 　　试验结果表明，无论是在输送气体条件下，还是在输送石油条件下，即使是在超级13Cr钢焊接接头部难以使用的环境条件下，DP25U焊接接头部也没有看到硫化物应力腐蚀开裂现象。由此表明，即使是从抗硫化物应力腐蚀开裂性能方面来看，DP25U的耐蚀性也比超级13Cr钢的好。

    低碳贝氏体钢是一类高强度、高韧性、多用途钢种，是现代化学冶金及物理冶金技术相结合的产物。低碳贝氏体钢有一系列中温转变产物，采用不同的变形及冷却制度，可以获得不同的转变产物类型，有效地控制各转变产物所占比例，以提高钢材的综合力学性能。目前，经过多年研究已获得提高低碳贝氏体钢强度的若干有效方法，但随着强度的增加，材料的韧性会明显下降，同时保证强度与韧性成为一个难题，受到国内外学者的关注。本文采用扫描电子显微镜对700MPa低碳贝氏体钢冲击断口形貌进行观察，采用冲击试验机确定了不同温度下实验钢的冲击韧度，研究结果可以为低碳贝氏体钢的实际生产提供理论支持。 　　实验用钢在25kg真空感应电炉上冶炼，其化学成分为（质量分数，％）：0.058C，0.40Si，1.410Mn，0.01P，0.0048S，0.08Ti，0.048Nb，0.45Cu，0.31Ni，0.21Mo，0.005B，余量为Fe。将钢锭热锻成80mm厚钢坯，在试验轧机上将钢坯经8道次轧制成12mm厚钢板，其开轧温度为1120℃，终轧温度为850℃，轧后空冷至750℃后油淬至室温。根据实际测量，油淬至室温时的平均冷却速度约为10℃/s。在钢板上根据国家标准GB/T229-1994取10mm×10mm×55mm的V型缺口冲击试样，在JB-30B冲击试验机上测定了实验钢在-80、-60、-40、-20、0和25℃温度下的冲击韧度，并采用XJP-6H金相显微镜和S250扫描电子显微镜对实验钢的组织和夹杂物进行了分析。 　　实验钢的微观组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体及针状铁素体的复合组织。低碳贝氏体钢中的夹杂物较为细小，尺寸大部分为2～6μm，形状多为球点状，并有少量的尖角状夹杂物。当实验温度较高时，断口主要呈韧窝状，其Akv值较高；当实验温度较低时，断口主要呈现解理特征，其Akv值较低。实验钢的韧脆性转变温度约为-41℃。

    1 概述 　　石油天然气输送管线钢须同时具备高强度、高韧性、优异耐蚀性和高焊接性能。用大口径、高压管线改善输送效率，尤其是通过高寒地区的中土输气管道，对管线钢的技术条件要求更高。从安全性考虑，管线钢须有低屈强比，在达至塑性非稳态时有更高的变形抗力，以免强度出现突降。 　　依据API标准X70管线钢的屈服强度≥480MPa，-40℃冲击功≥100J及屈强比≤85%。研究表明，440MPa级C-Mn钢采用TMCP工艺，达到低屈强比（约80%）和高韧性（DBTT约-100℃）可行，但对更高钢级获得足够的低屈强比和高韧性极其困难。其根本原因在于优化这些性能，会出现相反的效果。如以牺牲屈强比和韧性作为代价来增加强度；以降低强度为代价来降低屈强比和增加韧性。因此，各国材料学者利用显微组织对高强管线钢屈强比和韧性的影响规律来开发管线钢。 　　绝然不同的两相可得到满意的低屈强比。双相钢通常屈强比低，但不能获得管线钢所有的各种性能要求。若双相钢两相间的强度相差太大，在低温条件下硬的第2相很容易形成裂纹，而抵消韧性作用。 　　近年来，开发针状铁素体或贝氏体管线钢受到广泛重视。生产实践中，这两类管线钢的韧性还有欠缺，因此，在高端管线钢工程应用课题是利用新组元的显微组织，获得强度、韧性和屈强比综合性能符合要求的产品。 　　2 试验步骤 　　沿轧制钢板横向切割拉伸试样毛坯。拉伸试样采用直径.6mm、长度30mm圆棒试样。室温条件下，活动横梁以9mm/min速度做拉伸试验，表明管线钢屈服强度处于非连续屈服状态，以2%变形量作补偿。至少3个试样结果做拉伸性能报告。沿轧制横向切取V型冲击试样（日本JIS标准4号试样）。液氮或乙醇槽内浸渍15min后，按-120～20℃温度，每20℃间隔对试样作试验，与DBTT（韧脆性转变温度）上、下层吸收能量的中点相一致。用SEM（扫描电镜）观察V型冲击试样破坏断口表面，用图像分析仪分析组元相的百分率和晶粒尺寸。 　　3 实验结果 　　不同组元分别为铁素体-珠光体的B钢；针状铁素体作第2相铁素体的C钢；多边形铁素体作第2相针状铁素体的D钢及贝氏体的G2钢管线钢的典型显微组织。 　　铁素体-珠光体钢晶粒尺寸6.8～20.4靘；铁素体-针状铁素体钢中，针状铁素体百分比9.6%～24.1%；铁素体-针状铁素体钢中含约2%珠光体。铁素体-针状铁素体钢晶粒尺寸4.4～7.4靘，比通常铁素体-珠光体钢晶粒度细。 　　显微组织对高强管线钢的屈强比和韧性的特点，表明针状铁素体-铁素体钢在压扁拉长的针状铁素体基体内有约4.5靘规格的多边形铁素体细晶粒。针状铁素体-铁素体管线钢中，铁素体的体积百分率约6%，沿轧制方向间隔测量出的铁素体约为16靘。贝氏体钢为压扁拉长晶粒，其显微组织的组元类似于原先的奥氏体晶粒形态。 　　4 屈强比与低温韧性机理 　　不同组合管线钢的屈服强度和屈强比取决于显微组织组元。通常，低屈服强度有较低屈强比。但鉴于屈强比是屈服强度与加工硬化率函数，仅以低屈服强度就有较低屈强比的结论是不全面的。对铁素体-珠光体钢而言，减小铁素体晶粒尺寸将同时增大屈服强度和屈强比。减小铁素体晶粒尺寸，并减少加工硬化率，会附加增大屈强比效果。铁素体-珠光体钢中有类似于取代珠光体的第2相针状铁素体特性。对铁素体进行针状铁素体基体的变质处理，结果提高屈服强度，并降低屈强比。 　　基于显微组织和力学性能的关联性，优化显微组织以开发高性能管线钢，显示针状铁素体或贝氏体基体内存在多边形铁素体第2相。考虑到改善强度和韧性最有效方法，即晶粒细化导致屈强比增加，在铁素体基钢很难同时优化强度、屈强比和DBTT综合性能。另一方面，针状铁素体基钢或贝氏体基钢比铁素体基钢的屈服强度更高、屈强比更低。针状铁素体基钢或贝氏体基钢的低温冲击产生的不良影响，可导入减小第2相的多边形铁素体有效晶粒尺寸而得到改善。 　　5 结论 　　显微组织管线钢对屈强比和低温韧性的影响有： 　　1) 细化铁素体晶粒度能有效改善铁素体基钢的屈服强度和低温冲击韧性；然而对增大屈强比，产生不利作用。 　　2) 铁素体基钢中，从珠光体到针状铁素体或贝氏体的第2相变质处理除影响DBTT还改善了强度。 　　3) 从珠光体钢作针状铁素体钢或贝氏体钢基体作变质处理，改善强度和屈强比。但比其它显微组织的有效晶粒尺寸粗大，因而DBTT更差。 　　4) 针状铁素体钢基体或贝氏体钢基体导入第2相多边形铁素体，降低强度和屈强比，并改善针状铁素体基钢的低温冲击韧性。 　　屈强比和加工硬化指数变化曲线取决于组织结构类型。为获得0.85屈强比，贝氏体基钢的临界加工硬化指数比针状铁素体基钢或铁素体基钢的临界加工硬化指数低。

    在不锈钢中氮既是奥氏体稳定化及固溶强化元素，同时也改善不锈钢低温塑性、韧性及耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀，如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀。很多研究结果表明，氮在液相和固相中的溶解度不同，在奥氏体相中的溶解度高于液相和铁素体相，在铁素体相中溶解度最低。由于铸锭中氮含量是过程量而非状态量，其数值受过程变化的影响，因此从钢液到凝固结束所发生的相变经历对于铸锭中氮含量影响很大。不同的相变经历导致氮在凝固过程中的溢出量不同，因此若要准确预测铸锭中氮含量，需要考虑凝固过程对氮气溢出的影响。 　　北京科技大学的学者通过冶炼实验研究Mn、Cr和Ni对不锈钢凝固模式及铸锭氮含量的影响，探讨影响氮含量的关键因素，并分析合金元素对钢液与铸锭中氮含量影响的相互作用系数的区别。实验结果表明，影响氮含量的因素主要为钢液中氮的溶解度和不锈钢的凝固模式。增加钢液中氮的溶解度"改变凝固模式由F→FA→AF→A时，不锈钢的溶氮能力提高，氮气的溢出量减少，氮含量增加。 随Mn含量增加，铸锭中氮含量线性增加，而随Cr和Ni含量增加，氮含量的变化均存在三个特征阶段。分析认为：Mn含量变化不改变凝固模式，相互作用系数ENMn为-0.0286，与钢液中相近; 而随Cr和Ni含量增加，凝固模式分别依次经历F→FA→AF→A和FA→AF→A模式，相互作用系数ENCr和ENNi非定值，分别为ENCr=-0.046和-0.011和 ENNi=-0.011和0.033。

    GH4169合金，是一种含Nb的高强度镍－铬－铁基高温合金，主要用于制造航空发动机的高温部件，如涡轮盘、叶片、机匣等。该合金的主要强化相为体心四方的γ″相及面心立方的γ′相，在650℃以下具有较高的强度和塑性、良好的抗疲劳和耐腐蚀性，是目前航空航天领域应用最为广泛的高温合金。 　　GH4169合金冷辊轧叶片的制造过程是从坯料开始经过多次冷轧变形、软化热处理、中间热处理及最终热处理，直到获得满意的金相组织及性能合格的叶片，这是一个完整的工艺链。科研人员研究了热处理软化制度变化对GH4169合金组织性能的影响，为GH4169合金冷辊轧叶片热处理制度的制定提供依据。 　　试验用GH4169合金板材规格为2.5mm厚固溶状态的冷轧板，棒材为Φ20mm固溶状态的热轧棒。GH4169合金板材分别按10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%变形程度进行冷轧，冷轧后选择970、980、995℃在箱式电炉内进行软化处理。GH4169合金棒材冷轧变形后进行970和995℃软化处理，板材冷轧变形后进行1000℃软化处理，叶片冷轧后进行970℃软化处理，然后均进行中间处理和固溶时效处理。中间处理制度为900℃，空冷，固溶时效处理制度为1010℃，空冷＋720℃×8h冷至620℃×8h，空冷。试验完毕后，用金相显微镜及拉力试验机等检测合金金相组织和力学性能。试验结果表明： 　　（1）GH4169冷辊轧叶片冷轧后采用970～995℃软化处理制度，可以使硬度得到明显降低，有利于第二次冷轧的进行。 　　（2）采用995℃温度进行软化处理，可以得到更好的软化效果，且对合金组织性能无影响。 　　（3）GH4169合金冷轧变形后，软化处理对力学性能影响很小，而中间处理和最终固溶时效热处理是决定力学性能的重要工序。 　　（4）冷辊轧叶片所选用的中间处理和固溶时效制度，对于改善金相组织及力学性能会起到有效作用。