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控軋控冷工藝對J55石油套管用鋼帶狀組織影響
摘要：為消除或減輕J55石油套管用鋼帶狀組織，通過熱軋試驗研究變形溫度、終軋溫度、奧氏體未再結晶區(qū)壓 下率、軋后至卷取溫度前冷速以及卷取溫度等，對J55石油套管用鋼帶狀組織影響規(guī)律。研究結果表明，隨著變形 溫度的提高，金相組織中帶狀組織呈逐漸減弱趨勢，而且終軋溫度較高可以減少帶狀組織的產(chǎn)生。采用奧氏體未再 結晶區(qū)大壓下制度，不僅可以明顯減少帶狀組織的產(chǎn)生，還可以細化晶粒。適當加大終軋后冷卻速度，可消除或減 輕鐵素體+珠光體的帶狀組織。卷取溫度對帶狀組織的消除或減輕無顯著影響，建議適當降低卷取溫度，以保證層 流冷卻的加速冷卻。
關鍵詞：J55石油套管；帶狀組織；變形溫度；壓下率；卷取溫度
石油套管用鋼J55是石油、天然氣開采過程中 的重要材料[1]，根據(jù)其使用環(huán)境與失效形式，石油 套管的性能要求為鋼質(zhì)純凈、高強韌性、高螺紋連 接強度和高抗擠毀性、低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、良好的 成型性能和焊接性能、較低的帶狀組織等[2]。由于
J55石油套管用鋼需要做彈性壓扁試驗，若含有大 量的沿軋制方向形成的帶狀組織[3]，極易導致后續(xù) 的加工中鋼管和焊縫開裂。低碳錳鋼中的帶狀組織 是樹枝狀偏析和雜質(zhì)元素直接導致的結果[4]，鋼帶 表面的帶狀組織也易引起冷彎裂紋[5]，對鋼的力學 性能、變形過程和斷裂行為、斷口形貌等均有顯著 影響[6]，而通過調(diào)整終軋溫度、在奧氏體區(qū)大變形 以及軋后的冷卻工藝，可明顯消除和減輕鋼中的帶 狀組織[7—9]。因此，為消除或減輕J55石油套管用鋼 帶狀組織，本文通過熱乳試驗研究了變形溫度、終 軋溫度、奧氏體未再結晶區(qū)的壓下率、軋后至卷取 溫度前冷速，以及卷取溫度等對J55石油套管用鋼 帶狀組織影響規(guī)律。
1實驗材料及實驗方法
實驗選用7塊某鋼鐵公司供熱軋廠中間坯，并 分別編號為Jl、J2 1、J2、J3、J4、J5、J6,中間坯 厚36. 5mm、寬47. 5mm,其金相組織如圖1所不， 晶粒度6. 9，帶狀組織評級4.0。
圖I .155石油套管用鋼中間坯的金相組織
Fig. 1 The bar structure of J55 oil casing
將中間坯在箱式電阻爐分別加熱到11 oo’c、 113(TC、1200"C,并在爐內(nèi)保溫lOmin后開軋，終軋 溫度分別為91CTC、870-C、840X：、81CTC，采用兩種軋 后冷卻方式，即空冷至卷取溫度后開始緩慢冷卻和噴 水急冷至卷取溫度后開始緩慢冷卻，卷取溫度分別為 630 C、59(TC。采用 5 道次壓下（36. 5mm—21mm— llmm-*1 6. Smm—13. 7mm —3mm)和 6 道次壓下 (36. 5—21mm—llmm—»"6. 5mm—»-4. 5mm—3. 5mm —3mm)制度，并且由第3道次開始，將軋制溫度控 制在95CTC以下。衣1為控軋控冷工藝過程及軋后 J55石油套管用鋼組織性能結果。
注:空冷軋后在空氣中冷卻至卷取溫度后，爐內(nèi)緩冷; 水冷-終軋后水冷至卷取溫度后，爐內(nèi)緩冷。
2實驗結果分析與討論
2. 1變形溫度對J5S石油套管用鋼帶狀組織的影響
圖2為試樣J1經(jīng)控軋控冷后縱截面金相組織， 其組織特征為等軸晶粒+帶狀組織，帶狀組織0.5 級，晶粒度11. 4級。圖3為試樣J5經(jīng)控軋控冷后 縱截面金相組織，其組織特征為少量貝氏體+少量 帶狀組織，帶狀組織1. 0級，晶粒度11. 1級。圖4 為試樣J6經(jīng)控軋控冷后縱截面的金相組織，其組織 特征為等軸晶粒+帶狀組織，帶狀組織3.0級，晶 粒度11. 5級。由圖2、圖3和圖4比較可知，在其 他工藝參數(shù)基本不變的情況下，試樣J6變形溫度 (開乳溫度110CTC、終軋溫度84CTC)明顯低于J1 變形溫度（開軋溫度]130’C、終軋溫度87CTC)和 J5變形溫度（開軋溫度1200'C、終軋溫度91CTC)， 且隨著變形溫度的提高，金相組織中帶狀組織呈逐 漸減弱趨勢，其中J5試樣中帶狀組織最輕，說明低 溫變形工藝不利于消除或減輕帶狀組織。
低溫變形工藝不利于消除以及減輕帶狀組織有 兩方面原因，一方面，較高溫變形意味著需要提高 坯料加熱溫度并延長加熱時間，使得鋼在凝固時容 易形成枝晶偏析的溶質(zhì)元素（如Mn元素等）、殘余碳 化物發(fā)生均勻擴散，實現(xiàn)均勻奧氏體化，同時使奧氏 體的晶粒尺寸超過原始帶狀的條帶寬度，從而減輕開 軋前坯料的原始帶狀組織，以達到減輕或消除熱軋板 帶狀組織的目的。另一方面，粗軋階段在奧氏體區(qū) 發(fā)生高溫大變形和再結晶軟化可以有效細化晶粒， 減輕帶狀組織，并且對在相變前形成合適的畸變結 構也很重要。但是，過高的變形溫度將導致應力累 積效應的損失，促進晶粒迅速長大，不利于細化晶 粒，相反，變形溫度過低，變形組織中再結晶軟化 過程不充分，將會留下很多的回復結構。
圖5為試樣J2-1經(jīng)控軋控冷后縱截面的金相組 織，其組織特征為等軸晶粒+帶狀組織，帶狀組織
1.5級，晶粒度11. 6級。圖6為試樣J2經(jīng)控軋控冷 后縱截面的金相組織，帶狀組織2級，晶粒度10. 8 級。由圖5和圖6比較可知，終軋溫度不同（J2-1
圖6試樣J2縱截面的金相組織
這是由于終軋溫度不間（溫度區(qū)間為80CTC‰900*0,改變了乳后奧氏體晶粒尺寸，從而終軋溫 度對帶狀組織有顯著的影響，但帶狀組織變化規(guī)律 不一。由于碳鋼軋后帶狀組織中的帶間距S隨軋制 總壓下率e的增大而減小，二者間的關系為〔9]:
終軋溫度影響的軋后奧氏體晶粒尺寸可用相對 晶粒尺寸&表示，且與富錳帶帶間距S和轉(zhuǎn)變后鐵 素體平均晶粒直徑關系為：
(2)
文獻[8]研究表明，當&<_0.4時，終軋溫度 越低，帶狀組織減輕；當&>一0.4時，終軋溫度 越髙，帶狀組織減輕。本文研究試樣J2-1和J2晶 粒尺寸在6^m以上，帶狀組織中富錳帶帶間距S‰4pm，代入式(2〉，則&> — 0.4，因此，對于J55熱乳 石油套管用鋼，終軋溫度越高，越有利于減輕并消除 帶狀組織?？紤]到后續(xù)提高終軋后冷卻速度能夠減 輕甚至消除帶狀組織，可以適當提高終軋溫度。
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