鈮和熱處理工藝對低溫鋼組織和性能的影響.pdf

1、碳鋼及低合金鋼在低溫工況下的開裂問題與鋼材的強(qiáng)度和低溫韌性有關(guān)，而材料的強(qiáng)度與低溫韌性與材料的化學(xué)成分、顯微組織和鋼液質(zhì)量有關(guān)，目前世界各國通過合金化、熱處理及控軋控冷等措施來開發(fā)高強(qiáng)高韌性低溫鋼。課題在LCC基礎(chǔ)上，優(yōu)化主要合金元素、添加0～0.08％的微合金元素鈮，設(shè)計(jì)淬火+調(diào)質(zhì)、退火+調(diào)質(zhì)、正火+調(diào)質(zhì)三種熱處理工藝，通過金相組織觀察、SEM掃描及能譜分析、XRD分析、低溫沖擊試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)，研究了鈮和熱處理工藝對低溫鋼組織和性能的

2、影響規(guī)律。
　　 本課題低溫鋼化學(xué)成分為C0.17％～0.19％，Si0.5％～0.6％，Mn1.1％～1.2％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr0.5％～0.6％，Ni0.98％～1.00％，Mo0.5％～0.6％，Nb0.03％～0.05％。
　　 該低溫鋼鑄態(tài)組織為片狀珠光體+少量塊狀鐵素體，隨著鈮含量的增加，珠光體片間距逐漸減小，塊狀鐵素體減少，組織細(xì)化。熱處理后的試樣組織均為回火索氏體，淬火+調(diào)質(zhì)態(tài)回火索氏

3、體中鐵素體基本為多邊形狀，大小均勻；退火+調(diào)質(zhì)態(tài)回火索氏體中鐵素體多為板條狀，多邊形鐵素體較少；正火+調(diào)質(zhì)態(tài)為多邊形鐵素體加少量板條鐵素體，板條長度比退火+調(diào)質(zhì)態(tài)的短。
　　 該低溫鋼淬火+調(diào)質(zhì)態(tài)低溫沖擊功隨著含鈮量的增加先升高后降低，-40℃比-20℃下降的程度更快。含鈮0.039％時(shí)，-20℃、-40℃AKV達(dá)最高值，分別為45.7J和29.9J。試樣-40℃沖擊斷口形貌以解理為主，同時(shí)有少量的準(zhǔn)解理，解理臺階上主要為扇狀花

4、樣，內(nèi)部有撕裂嶺。隨著含鈮量的增加，撕裂嶺的長度和數(shù)量也逐漸增加，韌窩帶加大，當(dāng)含鈮量超過0.039％時(shí)，解理面上出現(xiàn)河流花樣。
　　 該低溫鋼三種熱處理狀態(tài)低溫沖擊功的變化規(guī)律基本相似，含鈮量相同時(shí)淬火+調(diào)質(zhì)態(tài)低溫沖擊功最高，正火+調(diào)質(zhì)態(tài)次之，退火+調(diào)質(zhì)態(tài)較低。含鈮0.039％時(shí)三種熱處理狀態(tài)試樣AKV均達(dá)最高值，-20℃時(shí)分別為45.7J、42.3J和44.4J，-40℃分別為29.9J、27.6J和28.4J。淬火+調(diào)質(zhì)態(tài)

5、和正火+調(diào)質(zhì)態(tài)-40℃沖擊斷口形貌中撕裂嶺數(shù)量明顯大于退火+調(diào)質(zhì)態(tài)，退火+調(diào)質(zhì)態(tài)斷口形貌解理臺階上為扇狀花樣，解理面上為河流花樣。低溫沖擊功和斷口形貌均表明含鈮0.039％時(shí)淬火+調(diào)質(zhì)、退火+調(diào)質(zhì)和正火+調(diào)質(zhì)工藝均能滿足低溫鋼對組織和性能的要求，生產(chǎn)上可采用正火+調(diào)質(zhì)工藝。
　　 該低溫鋼正火+調(diào)質(zhì)念的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷后伸長率均隨著含鈮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律?？估瓘?qiáng)度和屈服強(qiáng)度的變化規(guī)律非常相似，含鈮量為0.

6、057％時(shí)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度達(dá)到最大值1110MPa和990MPa，含鈮量為0.039％時(shí)斷后伸長率達(dá)到最大值17.0％。拉伸試樣斷口宏觀形貌為典型的杯錐狀斷口，微觀斷口形貌為等軸韌窩，呈現(xiàn)韌性斷裂的典型特征。隨著鈮含量的增加，粗大韌窩數(shù)量先減少后增加。
　　 該低溫鋼含鈮0.039％經(jīng)正火+調(diào)質(zhì)工藝處理后，獲得了強(qiáng)度、塑性和低溫沖擊韌性的較好匹配，-20℃、-40℃的沖擊功為44.4J、28.4J，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為99