选择14.2mm X100管线钢板作为代表，进行试验性研究。试验结果表明910℃淬火后，随着回火温度的升高，X100样板屈服强度先增加后降低，抗拉强度逐渐降低，605℃回火降低到最低值834MPa，从而导致屈强比呈现升高趋势；605 ℃回火，落锤剪切面中脆性区增多，落锤性能变差；870℃两相区淬火组织中奥氏体晶粒大幅度细化，经过530℃回火后，细化的马氏体或者贝氏体组织中出现亚结构的回复软化，板条边界钝化和M/A组元分解产生的析出强化机制联合作用结果使得该条件下X100管线钢板获得最佳的综合性能。

   中国经济的快速发展，能源需求量不断增大，极大促进了天然气管道工业的发展。随着中国石油、天然气耗量的增加，管线钢的用量不断增加，特别是高强度级别管线钢的需求越来越大。然而在提高强度的同时，安全性就显得尤为重要。为保证管道结构的稳定性和安全性，对管线钢的性能要求越来越高，不仅表现在性能均匀性方面，对表面质量和板形要求也越来越高。目前，以日本为代表的先进钢铁企业已经研究了复杂环境下的高强度、高韧性的X90、X100、X120管线钢。我国管线钢应用和起步较晚一些，对于高级别管线钢而言，像X100还在起步阶段，其生产技术相对落后一些，研究高强管线钢的组织形态及性能十分必要。为此，本文对X100钢板采用调质处理方法，利用扫描电镜、原位拉伸等检测方式，研究调质状态下，高钢级X100钢板组织变化与性能变化规律。

   1试验材料及方法

   试验所用X100管线钢板厚14.2mm，主要化学成分见表1。具体热处理工艺见表2。在试样宽度1/2处取300 mm×500 mm拉伸和金相样品。拉伸试验采用板拉，并沿横向取样，依据GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》在MTS-880型万能机上进行；在试样1/4处取两块300mm×500mm冲击和落锤样品，依据GB/T 229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》进行冲击试验，依据GB/T 8363-2007《铁素体钢落锤撕裂试验方法》进行落锤试验。试样经机械研磨抛光后用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀，采用 JSM-6490LV扫描电镜对其组织进行观察。

   2试验结果与分析

   2.1力学性能分析

   表3给出了6种不同工艺下的X100钢板调质后性能。为了保证获得的数据的稳定性和准确性，其中拉伸试验3次，取其平均值；冲击数据、硬度数据受机加工或者组织缺陷等误差因素影响较大，每组冲击8次，剔除最大值和最小值，取其平均值；DWTT每组检验6次，取其平均值。

   从试验结果来看，1-4号试验钢板中，同一淬火工艺，随着回火温度的升高，屈服强度先升高后降低，抗拉强度和硬度依次降低，伸长率和冲击功逐渐提高，由于屈服强度和抗拉强度变化方向相反，从而导致屈强比增加。DWTT值也是呈现先升高后降低的现象。 1号试验钢屈服强度最低，只有695MPa，抗拉强度最高，达到893MPa，3号样（580℃回火）屈服强度最高，达到776MPa，抗拉强度867MPa，4号样（605℃回火）屈服强度开始下降，抗拉强度达到最低值834MPa，而此温度下回火DWTT值降低到最小值67.5%，完全不满足

   X100制管要求。5号和6号样强度波动不大，冲击韧性和DWTT值提高显著，其中6号样（870℃淬火 530℃回火）冲击功和DWTT值也高于5号样（900℃淬火 530℃回火），具有最佳的综合性能。

   2.2组织分析

   图1所示为X100钢板不同调质后的显微组织，组织主要由马氏体 板条贝氏体 铁素体 M/A组成，白色部分为M/A组织，为长条针状。图1（a）、（b）显微组织没有发生太大变化，主要由板条和针状铁素体组成。但是仔细观察后发现，随着回火温度的升高，组织的方向性减少，均匀性得到改善，板条宽度增加。605℃回火后，板条发生了融合，淬火温度由930℃降低到870℃淬火，再经过530℃回火显微组织中晶粒更细小，并且出现一定量的条状铁素体组织。图1（c）和图1（d）差别不大，但是后者组织晶粒更为细小。

   在910℃淬火条件下，580℃回火的屈服强度达到最大值776MPa，这是由于M/A组元的分解、贝氏体中合金元素的脱溶而产生15 nm级别以下的析出粒子弥散分布在基体上，有利于钢板强度的提高。当回火温度低于580℃，M/ A组元分解以及贝氏体合金元素的脱溶导致析出强化效果大于回火软化效果，所以低于580℃回火时，钢板强度升高；当回火温度超过580℃，软化效果比较明显，从而导致强度呈现下降趋势，这种软化效果主要是由于一部分位错的消失和显微组织的演变，如相的边界宽度增加，析出粒子粗化等原因造成。钢板抗拉强度主要取决于组织基体中的硬质相M/A组元和贝氏体界面宽度，随着回火温度的升高，M/A组元分解更彻底，贝氏体界面宽度增加，抗拉强度降低越多。在530℃回火温度条件下，随着淬火温度的降低，强度略微下降，整体变化不大，但是韧性指标如冲击、落锤、断后延伸率都呈现升高的趋势。随着淬火温度的降低，显微组织中铁素体的含量增多，铁素体的形貌也发生了变化，针片状转变为细小针状，这种细小针状铁素体增加了裂纹扩展所需要的功，能够有效组织裂纹扩展，大大提高了试验钢的韧性和塑性，且针状铁素体越细小扩展所需要的额外功越大，韧性和塑性越好，从而表现出冲击功和落锤撕裂试验剪切面积增多。当回火温度高于580℃时，如605℃回火时，C、N原子的活性明显增加，使得析出的碳氮化物变得粗大（图1（b）），并且在晶界处积聚，部分组织发生再结晶出现多边形铁素体，以及位错密度的急剧下降，导致低温韧性和强度降低，从而表现出冲击功和DWTT值降低，断口脆性面比例增多。

   综上所述，此种规格成分的X100管线钢宜采用870℃淬火和530℃回火可以得到最佳的综合性能。能满足其高强度、低屈强比、高韧性和优异的DWTT值的要求。

   3结论

   1）870℃淬火温度下，随着回火温度的升高，试验钢屈服强度先升高后降低，抗拉强度、硬度逐渐降低，DWTT值逐渐降低，870℃淬火和530℃回火可以得到最佳的综合性能。

   2）淬火完毕经过回火，M/A组元发生分解，回火温度越高，M/A组元分解越彻底，605℃回火时，残余奥氏体基本分解完毕,回火对冲击断裂行为影响较大。

   3）组织板条马氏体和板条贝氏体C的脱溶和板条宽化、M/A组元分解、相界面宽化、位错亚结构密度变化、大量小粒子析出、组织晶粒细化是强韧性变化的主要原因。

   （陈定乾）