随着石油、天然气及煤层气等气、液态能源的发现和使用,为输送管道工业的发展提供强有力的基础。目前,我国的石油、天然气和煤层气靠高压大管径钢管来输送,因此,提高钢材的高强韧性、可焊接性,以及开发高级别管线钢材就成为降低石油、天然气、煤层气等管线运输成本和扩大管线钢生产规模的主要途径。本课题通过添加微量稀土元素铈,试图改善高级别管线钢(X120)的微观组织,提高其力学性能。研究的重点工作是,查明在热加工过程中微量稀土元素Ce对高级别管线钢(X120)微观组织的影响规律。通过实验研究确定能够同时满足高强度、高韧性、可焊接性强的高级别管线钢适宜的基体组织,并探讨其理论基础;为连铸、轧制和焊接等工艺过程中发生奥氏体(γ)向铁素体(α)相变时的多相组织演变规律提供研究基础。本课题的主要研究内容有:1.以稀土夹杂物异质形核理论为依据,分析和预测Ce、O、S复合夹杂物作为异质形核的质点,诱导晶内铁素体(IGF)形成的机理;2.在中频真空感应炉中用氩气保护,进行试样钢的冶炼。然后对钢棒进行锻造处理(锻造开始温度为1373±20K,锻造终止温度为1023~1123K,锻造规格为Φ18mm的棒材,接着使其自然冷却至室温)。从棒材上用线切割技术截取27×10×10mm的试样,将试样依次放入SX3-6-14电炉中模拟连铸、轧制和焊接过程进行热加工(升温速度10K/min,热加工温度1223K,保温时长30min,随炉冷却至至室温)制得4组管线钢试样;3.通过光学显微镜(OM)观察,扫描电子显微镜镜(SEM)观察和能谱(EDS)分析,硬度仪(HR-150A手动洛氏硬度仪)测试等方法,对含微量Ce的高级别管线钢中夹杂物形态、微观组织结构和硬度的变化进行研究和表征;4.分析热加工后微量Ce改善高级别管线钢显微组织的作用机理,并根据微观结构特征和硬度测试结果预测其对高级别管线钢力学性能和焊接性能的积极影响。通过测试表征和理论分析,得出以下结论:1.随微量Ce质量分数的增加(0~0.0374%),试样钢中铁素体组织得到了明显细化,平均尺寸由9.28μm减小至5.58μm,说明微量Ce在连铸、轧制和焊接等热加工过程中可以进一步细化晶粒;2.试样钢中块状不均匀分布的马奥岛(M/A)也变成了点状或细条状弥散分布,具体平均尺寸由2.22μm降为1.23μm。已有研究表明,马奥岛(M/A)变化后的微观组织将大大提高高级别管线钢的强韧性和可焊接性;3.试样钢中发现了较多尺度为1.86μm~2.39μm的含Ce复合夹杂物,这类颗粒细小(平均尺寸为1~3μm)且分布弥散的夹杂物已成为晶内铁素体的异质形核的质点,诱导晶内铁素体大量形成,并促使组织中出现了感生形核现象;4.热加工前后高级别管线钢样的硬度基本保持不变,说明添加Ce能保持高级别管线钢在连铸,轧制和焊接等工艺中力学性能的稳定;5.试样钢中AF、QF和含Ce复合夹杂物等微观组织及钢基体中AF、QF的比例得到了很好地控制,将大大有益于试样钢的力学性能和焊接性能。