在過(guò)去的10年中，國(guó)際管線工程的工作壓力已提高到120bar。深海管線要求壁厚超過(guò)40mm，管徑可能提高到1620mm。當(dāng)前管線用鋼的主流產(chǎn)品還是標(biāo)準(zhǔn)的X70，用于壁厚1520 mm的管子時(shí)，它的原始成分足0.10%C，1.55%Mn，0.007%S，0.03%Nb，0.05%V。90年代X70級(jí)鋼的碳含量和硫含量分別降低到了0.08%和0.005%。為了把強(qiáng)度提高到X80級(jí)，同時(shí)又不犧牲太多的韌性，就要增加錳含量，必要時(shí)也可加鉬或鎳以提高鋼的淬透性，通過(guò)加入化學(xué)當(dāng)量比的鈦含量來(lái)固定氮，增強(qiáng)鈮對(duì)奧氏體調(diào)節(jié)和相轉(zhuǎn)變的影響，得到更多的貝氏體組織。
管線鋼的開(kāi)發(fā)不只是提高強(qiáng)度。最近幾年高硫化氫含量的新油氣田越來(lái)越多，這就要求管線鋼有高的抗氫脆性能。要得到高的抗氫脆性能，鋼的硫含量必須低于10ppm，形態(tài)也必須控制。為得到均勻的組織，一般要使碳含量低于0.05%，同時(shí)也要限制錳的含量。近年來(lái)，在CBMM公司資助下，國(guó)外一些鋼鐵公司研究開(kāi)發(fā)了適用于高溫軋鋼工藝的低碳高鈮的(0.03%C—0.10%Nb)的高韌性，抗硫化氫腐蝕的高強(qiáng)度管線鋼。
一 汽車用鋼
國(guó)際“超輕型鋼車體”(ULSAB)計(jì)劃的研究，世界所有主要的鋼廠都參與了這項(xiàng)工作，高強(qiáng)度鋼占“超輕鋼車體”的60%以上，如下這些鋼類都是含鈮鋼：低碳IF鋼、高強(qiáng)度IF鋼、烘烤硬化鋼、微合金化高強(qiáng)度鋼、雙相鋼、殘余奧氏體鋼、復(fù)相鋼。
1 汽車用熱軋鋼板
a) 熱軋高強(qiáng)度微合金化鋼
熱軋高強(qiáng)度微合金化鋼是在低碳—錳鋼基礎(chǔ)上添加0.03%～0.06%鈮作為主要微合金化元素，以晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化為主要強(qiáng)化機(jī)制的熱軋鋼帶材，屈服強(qiáng)度范圍在350-700MPa。對(duì)屈服強(qiáng)度大于 550MPa、厚度大于6mm的帶鋼，則需要在加鈮的基礎(chǔ)上加鈦和釩復(fù)合微合金化處理。
b) 熱軋多相鋼
熱軋多相鋼是另一種高強(qiáng)度熱軋鋼。研究表明，在雙相鋼 (0.1%C， 1%～1.5%Mn，0.1%～0.5%Si，0%～1.2%A1)中添加 0.03%鈮，配合大累積變形量，利用亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，得到細(xì)晶組織的DP鋼，強(qiáng)度可提高約1OMPa。
c) 熱軋相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼
熱軋相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼是這個(gè)多相家族的另一新成員。研究表明，在原TRIP鋼典型成分 (0.2%C，0.3%～1.5%Si，1.0%～1.5%A1)基礎(chǔ)上，添加少量的鈮可使熱加工在低于再結(jié)晶停止溫度以下進(jìn)行。
2 汽車用冷軋鋼帶
a) 冷軋高強(qiáng)度微合金化鋼
轎車車體用鋼的屈服強(qiáng)度大于 280MPa，特別是大于340MPa的帶鋼多采用鈮微合金化鋼為主。
b) 冷軋無(wú)間隙原子IF鋼(或ULC鋼)
為了得到IF鋼，殘余的碳必須用可形成穩(wěn)定碳化物和氮化物的合金元素如鈦和鈮來(lái)固定。另外，僅用鈦固碳，還對(duì)鋼的深沖性能和點(diǎn)焊性能也有不利影響。鈦鈮復(fù)合固碳克服了上述缺點(diǎn)，因此Nb—Ti復(fù)合加入的合金設(shè)計(jì)越來(lái)越受到歡迎。具有高Lankford值(r值)和應(yīng)變強(qiáng)化值的高強(qiáng)度IF鋼一般只加鈮固碳。同時(shí)，鈮的加入產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化，得到更高屈服強(qiáng)度。
c) 冷軋多相鋼
DP鋼最初也不加鈮，后來(lái)研究證明在DP鋼中加鈮可以細(xì)化晶粒，提高鋼的延伸性。
d) 冷軋TRIP鋼
研究表明，鈮在室溫溫度可保持奧氏體的穩(wěn)定性，并提高奧氏體中碳的富集程度保證奧氏體的穩(wěn)定性。同時(shí)，鈮的加入又使晶粒細(xì)化，每0.01%的鈮約提高屈服強(qiáng)度15MPao
二 高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼
在熱機(jī)械處理TMCP的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)中，鈮是首選的微合金化元素。近年來(lái)熱軋鋼板和卷板以及淬火+回火高強(qiáng)度含鈮鋼(屈服強(qiáng)度最小可達(dá)690MPa)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。除了添加Nb—V鋼，也使用 Nb—Ti、Nb—Mo—Ti、Cr—Mo—Nb—Ti的鋼，以獲得更高的強(qiáng)度，同時(shí)與其它性能相匹配。研究開(kāi)發(fā)強(qiáng)度級(jí)別在690MPa甚至960MPa屈服強(qiáng)度的直接淬火鋼表明，高達(dá)0.1%Nb的微合金化非常有優(yōu)勢(shì)。這個(gè)結(jié)果還有可能使含鈮HSLA鋼進(jìn)入常規(guī)高碳淬火回火鋼的領(lǐng)域。
——本文摘自《中國(guó)金相分析網(wǎng)》
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