不銹鋼管軋制過程中,受制于特殊的環形斷面形狀,使得軋制的工藝、設備具有特殊性和復雜性。同時在成型過程中存在擠壓、扭轉、拉伸等多種形變方式,因此實現變形溫度與變形量匹配的控制靈活性非常小。在此條件的制約下,軋制成型的控制思想往往也只能是在高溫環境變形抗力較小的條件下盡快完成熱變形過程。顯然,這種“無奈之舉”與控制軋制的通過對加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數的匹配控制,進而基于“低溫軋制”實現對奧氏體及相變產物組織狀態的調控機制相違背,最終在改善性能方面無能為力。因此,在不實際改變高溫熱軋成型條件的背景下,如何實現奧氏體的調控進而為后續相變提供理想奧氏體狀態成為不銹鋼管組織進一步細化的突破口。


  通過對第二相粒子的適當控制,可在實現釘扎奧氏體晶界的同時利用第二相誘導晶內鐵素體形核機制,獲得一定程度細化的奧氏體并為后續相變提供豐富的相變形核點。該組織調控思想目前廣泛應用于大線能量焊接用鋼材的開發中,其核心機理是通過引入適當氧化物和析出相實現釘扎熱影響區奧氏體晶界并促進晶內鐵素體形成,進而細化相變組織,改善熱影響區組織性能。顯然,這種熱影響區內的奧氏體狀態與不銹鋼管高溫形變下的粗大奧氏體組織十分吻合。因此,第二相誘導相變形核成為熱軋無縫鋼管在線組織性能調控,特別是組織細化和提高強韌性能的一種有效途徑,即可在熱軋不銹鋼管高溫變形的條件下,實現板材領域低溫軋制具備的“控制軋制”組織細化效果?;谶@一思路以及對鋼中第二相粒子析出行為的研究,東北大學研究團隊進一步提出了“第二相控制+高溫熱軋+控制冷卻”的在線形變/相變一體化組織調控路線。針對典型碳錳鋼,通過復合脫氧工藝控制,在鋼中引入具有高熱穩定性的氧化物后,充分發揮第二相粒子的誘導晶內形核作用,在1100℃高溫軋制和控制冷卻條件下獲得了微細的晶內鐵素體組織,實驗鋼的強、韌性能均顯著提高(如圖6-68所示),在不實施低溫軋制的控制軋制前提下,實現了類同于“控軋控冷”的良好組織細化效果。


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  針對“第二相控制+高溫熱軋+控制冷卻”工藝下的低碳鋼組織演變行為進行了系統研究。采用質量分數為0.07C-0.06Si-1.5Mn-0.01P-0.006S成分的實驗鋼,進行鈦脫氧處理,引入氧化鈦型第二相粒子,考察了不同變形和冷速條件下的連續冷卻轉變行為,如圖6-69和圖6-70所示。結果表明,含氧化鈦實驗鋼在1.5~15℃/s冷速范圍內可獲得明顯的針狀鐵素體組織,并且在1050℃以上高的變形溫度下有利于組織的細化。根據實驗結果,為了達到組織細化的目的,在不銹鋼管高溫變形條件下,需結合控制冷卻技術進行鋼管軋后冷卻路徑的控制,從而發揮細晶組織對強度和韌性同時改善的作用。


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  目前,控制冷卻技術在熱軋不銹鋼管中的工業應用研究尚處于起步階段,特別是結合管材成分特點的組織性能在線調控機理機制研究還落后于板帶材等領域。熱軋鋼管形變/相變在線組織一體化調控技術研究取得一定進展,后續依據“第二相控制+高溫熱軋+控制冷卻”的組織調控思路,深入研究變形一冷卻一相變的協同控制機制,實現鋼管領域產品的“控軋控冷”組織調控工藝效果,構建基于在線控制冷卻工藝的全新熱軋不銹鋼管組織性能調控平臺?;谛巫儯嘧冊诰€組織調控技術,進一步地通過成分設計一熱軋成型一控制冷卻一熱處理的全流程工藝一體化控制,實現細晶強化、相變強化及析出強化的綜合強韌化,開發出高品質、低成本的熱軋不銹鋼管產品是進一步研發的重點。這對促進我國鋼鐵行業以“資源節約型、節能減排型”等綠色制造為特征的熱軋不銹鋼管產品的開發與生產,具有重要意義。