热轧无缝钢管作为经济断面钢材、高效钢材,用途非常广泛,几乎涉及所有工业部门,世界各钢铁强国对热轧无缝钢管的生产和发展都十分重视。当前热轧无缝钢管生产过程中,定径后的钢管通常空冷至室温,缺乏组织性能调控的有效手段。为满足钢管产品性能,通常需要添加较多的合金元素以及后续离线热处理工艺。控制冷却作为提升钢铁材料性能的重要途径,已经在板带材生产过程中得到广泛应用。但在热轧无缝钢管领域,因其圆形断面冷却均匀性、较大规格变化范围等难题,目前控轧控冷技术尚未得到工业化应用。本课题结合东北大学与宝钢合作开展的“PQF460无缝钢管在线冷却装备及自动化控制系统开发”项目,以开发热轧无缝管线管轧后控制冷却工艺为目的,以L360管线管为研究对象,探究了轧后冷却工艺对其组织演变及力学性能影响规律。主要研究内容及结论如下:(1)L360管线管奥氏体连续冷却组织演变行为本部分主要研究了 L360管线管在0%、30%、50%三种变形量条件下过冷奥氏体连续冷却组织演变行为,并绘制其连续冷却转变曲线(CCT)。研究结果表明:变形能够提高奥氏体开始相变温度,扩大铁素体相变区。无变形条件下,在0.1～1℃/s的冷速区间有铁素体形成;变形量为30%和50%条件下,在0.1～10C/s冷速区间内能发生铁素体相变。奥氏体连续冷却相变过程中,在一定的冷速区间内将会产生魏氏组织等不良组织。根据研究发现,在未变形条件下,冷速小于1C/s时,将会有魏氏组织形成;在30%变形条件下,冷速在0.2～1℃/s区间时,将会形成魏氏组织。(2)工艺参数对L360管线管组织演变行为的影响利用热模拟研究了热变形过程中奥氏体化温度、保温时间、变形温度、冷却速度及终冷温度对组织演变行为及力学性能的影响规律。研究表明,在奥氏体化温度1150°C至1300°℃时,保温时间5～15min时,实验钢组织均为铁素体和珠光体;对比发现,随着奥氏体化温度升高及保温时间的延长,实验钢宏观硬度值呈上升趋势。变形温度为1010℃、980℃,950℃、920℃,对应实验钢宏观硬度值分别192、189、182、175HV,且当变形温度低于920℃时,可明显抑制不良组织形成。通过控制变形后冷却,冷却速度为20℃/s和40℃/s时,终冷温度为680℃和640℃时实验钢组织为铁素体和板条贝氏体;而当终冷温度为600℃和560℃时,实验钢组织为贝氏体。冷却速度为5℃/s时,终冷温度为680、640、600、560℃时,实验钢组织均为铁素体和贝氏体。(3)热轧过程中L360组织演变行为及其对力学性能的影响主要研究终轧温度、冷却速度以及轧后冷却路径对L360管线管组织演变及其对力学性能的影响。结果表明:终轧温度为1010℃～920°℃之间,实验钢显微组织均为铁素体和珠光体,当终轧温度低于920℃时,可明显抑制不良组织形成。空冷与轧后控制冷却两种工艺条件下,显微组织铁素体晶粒尺寸分别为22.1μm和18.7μm,析出物平均尺寸分别9.6nm和4.3nm。轧后控制冷却更易实现细晶强化与析出强化。基于以上研究在终轧温度950℃,水冷至725℃,冷速为30℃/s时实验钢具有较好性能:屈服强度481Mpa,抗拉强度651Mpa,屈强比0.74,伸长率30.7,0℃冲击功达到38J,能够满足标准。(4)魏氏组织的产生及对力学性能的影响主要研究了影响魏氏组织产生的主要因素以及魏氏组织对钢材力学性能的影响。奥氏体化温度为1250℃时,保温时间分比为10～60min,实验钢中魏氏组织百分比分别为1.65%、5.24%、13.49%、25.90%、34.70%、44.60%。表明奥氏体晶粒越粗大,越易形成魏氏组织。魏氏铁素体具有较高的位错密度以及亚结构,同时针状铁素体相当于细化晶粒,因而导致含有魏氏体钢材强度提高。组织中有魏氏组织时,钢材塑性较差,不能通过塑性变形释放应力,导致其韧性较差。同时魏氏铁素体与原奥氏体呈K-S关系,导致其产生易于沿着铁素体密排面生长,因此导致其不利于抵抗裂纹扩展。