9Ni钢组织演变、合金元素配分及增韧机理的研究
对于高强度马氏体或贝氏体钢,为了提高韧性,达到理想的强韧化平衡,通常采用淬火+分配、两相区退火或临界回火等工艺获得一定量稳定的残余奥氏体(γR)实现韧化[1 -4],γR的高稳定性主要通过富集C、Mn和Ni等奥氏体稳定元素(尤其是C元素) 来实现[3-5]. 而对于深冷条件下需要高强韧平衡的9Ni钢,无论采用QT或QLT,均采用高温回火的方式获得一定量γ'以实现韧化.多数研究者认为一定量γ'的存在是9Ni具有高韧性的主要原因,且通过优化回火工艺参数增加 γ'量能实现增韧[6 -8].也有研究表明,γ'的量和尺寸过大会导致稳定性降低而恶化韧性[9].有研究发现,细化晶粒尺寸也是低碳板条马氏体钢提高韧性的有效手段之一[10].
目前,多数研究主要聚焦于9Ni钢工艺开发以及不同工艺条件下γ'量、分布和稳定性等对9Ni钢低温韧性的影响,很少分析基体组织特征及其对低温韧性的影响,尤其是经两相区热处理中基体组织的演变和合金元素的配分规律及其对增韧的影响尚未见报道. 本文利用SEM、EPMA和EBSD等系统地研究了QT和QLT热处理过程中的组织演变、合金元素配分、γ'的形成和分布规律等,重点分析了9Ni钢板条马氏体基体对增韧的影响.
1 实 验
1.1 实验材料及工艺
实验用钢为某钢厂提供的20mm厚钢板,化学成分(质量分数/%):C0.038,Si0.21,Mn0.64,P0.006,S0.003,Ni9.17. 在SETARAM Instru-mentation 差热分析仪上采用DSC(DifferentialScanning Calorimetry)法测得加热速率为5℃/min时Ac1温度为572℃,Ac3温度为725℃. 通过大量热处理试验得到20mm厚9Ni钢QT工艺的最优化工艺参数为:800℃×1h,水淬+580℃×1h,水冷; 为了与QT工艺条件下的组织性能进行对比分析,QLT工艺参数设计为:800℃×1h,水淬+670℃×1h,水淬+580℃×1h,水冷。
1.2 组织性能检测
淬火态试样经研磨、机械抛光、饱和苦味酸腐蚀后用Leica DMIRM金相显微镜进行光学观察,淬火态和成品试样经研磨、机械抛光、Lepera试剂腐蚀后使用FEI Quanta 600扫描电镜进行组织分析;截取成品试样经研磨、双喷后采用FEI TecnaiG2F20型透射电镜进行组织观察; 成品试样在3%HF+28%H2O2+69%H2O溶液中电解抛光1~2min,采用PANALYTICAL PM3040/60X射线衍射仪(Co,Kα1,λ=0.179nm)进行物相分析,步宽0.02°,采用Miller[11]给出的奥氏体量计算公式计算γ'量. 采用JEOL XM -8530F场发射电子探针分析合金元素C、Si、Mn和Ni 元素分布规律.
按照GB24510-2009《低温压力容器用9%Ni钢板》在钢板上取样并进行力学性能检测,冲击试样为10mm×10mm×55mm横向标准V型缺口试样,冲击前将试样和夹具放入-196℃液氮中保温10min以上,达到温度均匀化后在Instron Dynatup9250落槌冲击实验机上进行冲击试验. 拉伸试样为Φ8mm 的标准圆棒拉伸试样,室温下在WED-2型20kN电子万能实验机上进行拉伸试验,测定钢板的屈服强度、抗拉强度和伸长率等.
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