【摘 要】
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低碳铁素体不锈钢因其具有较好的高温强度、抗热疲劳性、抗高温氧化和较低的成本而得以广泛应用。低碳铁素体不锈钢ERW（Electrical Resistance Weld）焊管具有服役性能优异、外观尺寸精度高、生产效率高、生产成本低等优点,发展前景广阔。本文以太原钢铁公司生产的低碳铁素体T4003不锈钢卷板为原材料,利用天津焊管有限责任公司新近建成的ERW355和ERW660高频直缝电阻焊管生产线开发
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低碳铁素体不锈钢因其具有较好的高温强度、抗热疲劳性、抗高温氧化和较低的成本而得以广泛应用。低碳铁素体不锈钢ERW（Electrical Resistance Weld）焊管具有服役性能优异、外观尺寸精度高、生产效率高、生产成本低等优点,发展前景广阔。本文以太原钢铁公司生产的低碳铁素体T4003不锈钢卷板为原材料,利用天津焊管有限责任公司新近建成的ERW355和ERW660高频直缝电阻焊管生产线开发大口径不锈钢焊管的加工技术,以满足带式传送机改造以及矿井轻量化、抗腐蚀瓦斯管的使用要求。本文在对低碳铁素体不锈钢静态及动态再结晶行为、高温热循环组织演化规律、焊后热处理、电偶腐蚀机制分析的基础上,探索了批量生产技术,取得的主要研究结果如下:（1）低碳铁素体不锈钢的静态、动态再结晶行为分析静态再结晶退火温度的升高导致室温组织中马氏体含量的增加、M23C6沉淀相的粗化和消溶,而对高热稳定性纳米MX相的影响较小;定量评估了退火过程中组织演变对力学性能的影响,综合考虑固溶强化、晶界强化、位错强化和第二相强化机制,计算得到了不同退火温度下低碳铁素体不锈钢试样屈服强度预测值,与实测值吻合良好。变形温度的增加导致细小等轴状的形变诱导铁素体含量增加,马氏体含量降低,应力-应变行为出现明显的软化特征;变形量的增加能有效促进形变诱导铁素体转变,并通过亚稳奥氏体的强化降低马氏体相变速率;应变速率越慢,应力-应变曲线中的动态软化现象越明显,随着应变速率的增大,发生变形的亚稳奥氏体中位错来不及回复,为后续的马氏体转变提供更多的形核位置。（2）低碳铁素体不锈钢的高温热循环行为研究热循环温度的升高和保温时间的延长均导致原奥氏体晶粒的长大;当保温时间较长时,铁素体含量的变化规律与JMat Pro计算得到的平衡相图相符,而当保温时间较短时,铁素体含量远离热力学平衡条件下的计算值。晶粒长大的驱动力为单位体积界面能的降低,据此建立了晶粒长大动力学模型,可以较好地描述不同热循环温度和保温时间的晶粒长大过程;模型计算结果表明,保温时间的延长导致晶粒生长速率下降,而热循环温度的上升则导致晶粒生长速率增大。热循环温度的升高与保温时间的延长均会提高马氏体相变开始温度（Ms）,通过建立Ms点与原奥氏体晶粒尺寸（Dγ）的动力学模型发现,Ms点与ln（Dγ）呈正比关系。（3）低碳铁素体不锈钢ERW接头的焊后退火工艺研究低碳铁素体不锈钢ERW接头空冷后产生较大的残余应力,室温下焊缝区组织由马氏体和铁素体构成,韧性极差;950℃退火时,ERW接头中焊缝区的马氏体组织全部分解,退火态焊缝区组织转变为铁素体和贝氏体,同时接头中的残余应力得到充分的释放,使低碳铁素体不锈钢ERW接头的韧性得到改善。随着退火时间的延长,焊缝区组织中的马氏体全部分解,空冷后形成贝氏体的含量不断增多,且其中的残余应力逐渐被消除,由此提高了焊缝的韧性。在950℃保温3 min和在850℃保温30 min两种退火工艺均可改善ERW接头的韧性。（4）低碳铁素体不锈钢ERW焊管接头模拟海水中的腐蚀行为ERW焊管接头的电化学噪声特征分析表明:低碳铁素体不锈钢母材及接头的腐蚀类型为典型的局部腐蚀。随着腐蚀时间的延长,局部腐蚀的萌生与钝化膜的自修复造成电位噪声与电流噪声的经常性突变。接头的电偶电流信号分析表明:耐蚀性由强到弱的顺序为:焊缝区>母材区>低温热影响区>高温热影响区。接头的极化曲线特征分析表明:接头不同区域的腐蚀机理基本相同,根据Tafel外推法拟合得到的自腐蚀电位和腐蚀电流密度值的结果,可知高温热影响区耐腐蚀性能最差,焊缝区耐腐蚀性能最优。接头的恒电流-恒电位加速腐蚀测试表明:ERW焊管接头经过恒电流-恒电位加速腐蚀后呈现出典型的沟槽腐蚀形态,沟槽在热影响区形成,焊缝区的腐蚀程度相对较轻,与电化学试验结果吻合。（5）大口径低碳铁素体不锈钢ERW焊管产业化实践通过试制及批量规模化生产可以确定,ERW焊管机组在不用进行大规模改造的前提下,可以通过工艺改进生产大口径低碳铁素体不锈钢焊管并用于高端结构用管领域。ERW焊管的生产的速度是其他焊接方法的数倍,单机组产量可以达到10万吨/年的规模,有利于产品的推广和大批量应用。
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