22新产品开发
王连华，郭玲，刘富强，刘静
(新兴铸管股份有限公司，河北邯郸560460 )
摘要：介绍高速机车用301L不锈钢无缝管的研发情况。采用热穿孔工艺制备301L不锈钢荒管，再通过多 道次的冷轧变形成功研制出044 mmx2 m m规格的无缝管材。结果表明：经过冷轧变形，钢管沿轧制方向产生了大量的马氏体组织，加工硬化明显；随后经950 T；固溶处理、再结晶充分，晶粒均匀。开发的301L不锈钢无缝管的化学成分、组织及性能均满足ASTM A 666—2015标准要求。 关键词：无缝管；301L不锈钢；冷轧工艺；固溶处理；加工硬化
中图分类号：TG335.71 文献标志码： B 文章编号：1001-2311(2020)06-0022-03
Research & Development of Process for 301L Stainless Steel Seamless Tube for High-speed locomotive Service
WANG Lianhua, GUO Ling, LIU Fuqiang, LIU Jing
(Xinxing Ductile Iron Pipes Co., Ltd., Handan 560460, China )
Abstract ：Elaborated in the paper is the situation concerning the R & D of the 301L stainless steel seamless pipe for the hi-speed locomotive service. The stainless steel blank pipe is prepared with the hot-piercing process, and then successfully turned into the <l>44 mmx2 mm seamless steel pipe via multi-pass cold-rolling deformation. As the result of the said deformation, a great number of martensite develops along the rolling direction, and the work-hardening is obvious. The solid solution treatment as conducted at 950 °C that follows results in full re-crystallization with good grain size homogeneity. It is concluded that the 301L stainless steel seamless pipe as developed is in full compliance with applicable requirements as specified under ASTM A 666—2015 for chemical composition, microstructure and property.
Key words：seamless pipe; 301L stainless steel; cold-rolling process; solid solution treatment; work-hardening
301L不锈钢是在301不锈钢化学成分基础上 通过降碳增氮工艺开发出的一类新牌号不锈钢1W]，是一种亚稳态的奥氏体不锈钢，具有很高的加工硬 化和相变增塑效应。通过降碳增氮，减少碳化物析 出，固溶处理后具有高耐蚀性、冷作硬化性、切割 性，同时弯曲、冲压等加工性能及焊接性能也较 好，成为轨道交通领域的首选车体材料+5]。
应用在高速机车上的301L不锈钢无缝管按压 延量分为1/16H、1/8H、1/4H、1/2H，本次所需管 材性能需要满足压延量1/8H，替代传统的301、
王连华（1979-)，男，工程师，主要从事钢管技术研发工作。
通信作者：郭玲（1978-)，女，硕士，工程师。304材质。目前国内外对车体材料性能方面，尤其 是301L的研究还主要集中在板材上，极少有针对 301L不锈钢管的研究。本文对301L管材进行多道 次大变形量的冷乳成型设计，而后进行不同固溶温 度下组织和性能的研究，成功地研发了满足1/8H 压延量性能的高速机车用管，目前已经应用于时速 更高的机车上。
1产品的试验材料及技术要求
试验钢在10 t真空感应炉内进行冶炼，冶炼过 程中采用氩气进行保护，然后进行模铸。铸锭经过 锻造，其锻造工艺为：加热至1 220~1 250 1，保 温2.5~3.5 h，然后在1 200 t左右开锻，终锻温 度为950〜1 050 1。热轧穿孔工艺为：棒料加热到
STEEL PIPE Dec. 2020, Vol.49, No.6钢管2020年12月第49卷第6期
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1160〜1 180丈，保温1.5~2.0h，三辊斜轧进行穿
孔，制备成0112mmx7.5mni的荒管。301L不诱
钢管化学成分见表1。
表1301L不锈钢管化学成分(质量分数）％
C Si Mn P S Ni Cr N
0.0110.50 1.75 0.0380.0017.47 17.43 0.171
2 301L不锈钢无缝管冷轧工艺
通用模型冷轧工艺路线主要为：热轧荒管修磨—冷轧— 去油—固溶^矫直—平头^探伤—检验，因成品管 规格为中糾mmx2 mm，荒管规格0112 mmx7.5 mm，设计经过三道次冷乳成型，平均分配每道次 变形量，并将每道次变形量控制在40%以下，冷 轧在皮尔格两辊轧管机LG90、LG60上进行轧制。图1所示为钢管40%变形量冷轧态金相形貌，图2 所示为钢管40%变形量冷轧后马氏体、滑移带、孪晶SEM形貌。由图2可知，40%变形量冷乳后，沿轧制方向发现大量马氏体，并且在晶粒中出现交 叉滑移带，晶界模糊，很难分辨。李京筱等研究表 明：交叉滑移带为a马氏体的形核提供场所，冷轧 301L不锈钢会发生形变诱发马氏体转变，a马氏 体会在交叉滑移带位置形核长大[6]，在40%变形量 冷轧后，晶粒碎化，晶界模糊，成纤维化。聂志水 等研究表明：造成这一现象的主要原因是材料在一 定的变形积
累下，位错密度增加，位错之间的交 互作用增加了位错进一步运动的阻力，位错滑移在 晶界受阻，产生位错塞积，越来越多的位错塞积 使得晶粒内部被位错分割，最终导致晶粒碎化[M1。
图1钢管40%变形量冷轧后金相形貌
从图2可见晶粒内部出现了交叉滑移带，且滑 移带终止于晶界附近，这说明位错运动受到晶界阻 碍，造成晶界附近位错塞积，形成位错塞积，位 错平面塞积的形成造成了应力集中，导致晶粒变 形，变形量越大，位错塞积越多。
钢管40%变形量冷轧后亚晶SEM形貌如图3王连华等：高速机车用301L不锈钢无缝管工艺的研发
图2钢管40%变形量冷轧后马氏体、滑移带、丙烷脱氢制丙烯
孪晶SEM形貌
所示，晶粒内部被位错分割，在位错塞积上应力 集中位置出现亚晶，位错分割晶粒和晶粒变形最终 导致晶粒碎化，晶界变模糊，这与之前显微组织观 察一致。有研究表明：a马氏体在交叉滑移带形核，并且晶核不断形成，促进马氏体长大，因此交 叉滑移带附近存在大量马氏体组织，变形量越大，马氏体形核的区域范围增大，提高了发生马氏体相 变的概率〜°]。
图3钢管40%变形量冷轧后亚晶SEM形貌
3 301L不锈钢无缝管热处理工艺
301L不锈钢无缝管1/8H压延量性能相当于双 相钢的性能，这要求成品管在热处理工艺上要有准 确的把握，既要保证晶粒充分回复再结晶，又不能 使晶粒过度长大。图4所示为温度分别860, 910, 950, 1000 t的金相形貌，保温时间均为20 min。由图4可知，在860 1刚刚开始形核，晶粒尺寸较 小，仍然存在一些未溶的碳化物、氮化物["_|4]。但 由于固溶温度较低，此时处于大量形核阶段，该温 度下固溶再结晶不充分。随着温度提高到910 T，部分晶粒开始长大，还有部分晶粒仍然较小，没有 来得及长大。此时温度较低，一部分细小的晶粒在 此温度下长大的动力不足。当温度提高到950 t (图4c)，晶粒较之前有明显长大，晶界清晰可见。当温度提高到1000 t后，晶粒迅速长大。
无人机控制
对比图4不同显微组织可发现，随着固溶温度 的增加，晶粒合并长大，相比来说，高温下晶粒长 大的程度明显较低温条件时大，随着温度增加晶粒
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期
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(a) 860 X. (b ) 910 X. (c) 950 t (d) 1 000 X
图4钢管不同温度下的金相组织形貌
更加均匀，固溶变得充分。
不同固溶温度条件下301L 不锈钢管的力学性 能见表2。固溶温度1 000 时，屈服强度和抗拉 强度均低于标准值415 MPa 和760 MPa ，不符合微机消谐装置umg92
ASTM A 666—2015《退火或冷加工的奥氏体不锈钢 薄板，带材，厚板和扁棒材的标准规范》要求；固 溶温度860，910^时，延伸值低于标准值35%; 而固溶温度950 t 时，性能满足标准要求，此时晶 粒均匀，回复再结晶充分。故成品固溶温度选取 950 保温20 min ，水冷，较为合理。
表2
不同固溶温度条件下301L 不锈钢管的力学性能
固溶温度/t
抗拉强度/MPa
屈服强度/MPa
延伸率/%
8609405612591085149234950797445451 000712
386
52
ASTM A 666
要求
彡760
彡415
预测地震的方法彡35
4结论
(1) 301L 不锈钢在40%变形量冷轧后，沿轧 制方向发现了大量的马氏体，并且在晶粒中出现了 交叉滑移带，晶界模糊，很难分辨，成纤维化。
(2)
马氏体在交叉滑移带形核，晶核不断形成
促进马氏体长大，这是交叉滑移带附近存在大量马 氏体组织的原因。
(3) 301L 不锈钢无缝管冷变形后，在固溶温 度860 1刚刚开始形核，晶粒尺寸较小，随着固溶 温度的增加，晶粒合并长大，950丈+保温20 min 的固溶工艺能满足1/8H 压延量性能要求。
5参考文献
[1] SIMMONS J W. Overview ： high-nitrogen alloying of stain
less steels [J]. Materials Science and Engineering ： A ，1996, 207(2)： 159-169.
[2] 柳学胜，朱瑞金，冼进.特薄壁奥氏体不锈钢管的生产
工艺及缺陷分析[J ].钢管，1997, 26(2): 5-8.
[3] 王松涛，杨柯，单以银，等.冷变形对高氮奥氏体不锈
钢组织与力学行为的影响[J ].金属学报，2007, 43(7):
713-718.
[4] 苏柯.谢红兵，岳译新.SUS301L 系列不锈钢在轻量化
城轨车辆车体上的应用[J ].电力机车与城轨车辆，2010,
33(6)： 23-26.
[5] 王恭钦.不锈钢轨道客车车体材料的性能研究[D ].北京：
北京交通大学，2008.
[6] 李京筱，栾道成，包帅，等.冷轧工艺对301L 不锈钢组
织及性能的影响[J ].锻压技术，2017 , 42(6): 164-168.
[7] 聂志水，田晓青，周禾丰，等.301奥氏体不锈钢薄板拉
伸强度与冷轧硬度之间的关系[〗].钢铁研究学报，2012,
24(4)： 22-27.
[8] 何德孚，曹志梁，周志江，等.我国应重视铁素体及铁
素体/奥氏体不锈钢管材的开发[J ].钢管，2001, 30(6):
4-10.
[9] 刘德国，黄俊霞.叶晓宁.冷变形工艺对SUS301L 不锈
工艺瓶钢组织性能的影响[J ].世界钢铁，2012(3): 66-69.
[10] 刘伟，李志斌，王翔，等.应变速率对奥氏体不锈钢应
变诱发a '-马氏体转变和力学行为的影响[J ].金属学 报，2009, 45(3): 285-291.
[11] 刘伟，李强，焦德志，等.冷轧301L 奥氏体不锈钢的
变形和应变硬化行为[J ].金属学报，2008, 44(7): 775-
780.
[12] 沈伟彬，蔡新强，邵羽.K Y 704髙硅奥氏体不锈钢无缝
管生产工艺研究及技术开发[J ].钢管，2001, 30(5):
17-20.
[13] 周贵禄，李文农，李岷.大直径奥氏体不锈钢无缝钢管
的试制[J ].钢管，2012, 41(3): 40~43.
[14] 江永静.不镑钢无缝钢管生产的工艺问题[J ].钢管，
2000, 29(3)： 1-3.
(收稿日期：2019-10-29；修定日期：2020-03-05)
STEEL PIPE Dec . 2020, Vol . 49, No .
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