不同熱處理工藝對(duì)9NiCrMo鋼組織和性能的影響

高琛輝

摘 要：采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)的9NiCrMo鋼具有回火穩(wěn)定性差、性能合格率低、屈強(qiáng)比高、低溫韌性儲(chǔ)備不足等缺點(diǎn)。為了解決這些問題，通過進(jìn)一步不同熱處理工藝的調(diào)整，系統(tǒng)研究了兩相區(qū)二次淬火（QQ'T）、調(diào)質(zhì)處理（QT）和循環(huán)淬火（QQT）三種不同熱處理工藝對(duì)鋼的成分對(duì)組織演變規(guī)律及其性能的影響。

關(guān)鍵詞：熱處理;強(qiáng)度;韌性

NiCrMo系高強(qiáng)韌鋼中的很多鋼種己經(jīng)突破了過去低合金鋼所定義的范圍，但從強(qiáng)度指標(biāo)、性能特點(diǎn)、主要應(yīng)用方面及來源等來看，焊接結(jié)構(gòu)用的NiCrMo系高強(qiáng)度高韌性鋼，仍然屬于低合金的范圍。

1. 9NiCrMo鋼的性能特點(diǎn)

1.1高的強(qiáng)韌性

強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)鋼的基本力學(xué)性能指標(biāo)，其中屈服強(qiáng)度是構(gòu)件設(shè)計(jì)的依據(jù)。9NiCrMo鋼要求屈服強(qiáng)度不低于lOOOMPa，規(guī)格上板厚為lOmm-120mm。隨著鋼材強(qiáng)度的提高，產(chǎn)生脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加，為了防止高強(qiáng)度鋼發(fā)生低應(yīng)力破壞，必須是塑性破壞時(shí)吸收能足夠大，并且要求足夠的塑性儲(chǔ)備，因此對(duì)鋼的韌性，特別是低溫韌性提出來更高的要求，纖維斷口100%上平臺(tái)能Eshelf必須在50尺磅以上（6.9kg-M）。

1.2良好的焊接性

焊接性是海洋焊接工程用鋼應(yīng)用性能的重要指標(biāo)。大型的海洋工程平臺(tái)都是焊接而成的，例如我國(guó)剛剛服役的航母遼寧艦就是一個(gè)滿載排水量6-7萬噸的海上“移動(dòng)飛機(jī)場(chǎng)”。不允許任何一處發(fā)生破壞[1]。因此，對(duì)焊縫、熱影響區(qū)與母材等強(qiáng)度和韌性的要求是非常嚴(yán)格。特別是隨著鋼的強(qiáng)度提高（碳當(dāng)量也隨著提高），焊接越來越困難。且焊接過程大多在室外進(jìn)行，容易引起焊接熱影響區(qū)的冷裂紋和層狀撕裂，因此獲得性能優(yōu)異的焊接接頭十分重要。

1.3低的屈強(qiáng)比

鋼的屈強(qiáng)比是指屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比值。低的屈強(qiáng)比有利于加工成型，提高沖成率，有較高的結(jié)構(gòu)可靠性，具有較大的抗塑形失穩(wěn)破壞的能力。目前工程應(yīng)用中，已經(jīng)把鋼的屈強(qiáng)比作為重要的設(shè)計(jì)依據(jù)，在工程安全性設(shè)計(jì)中，要求在裂紋產(chǎn)生之前具有一定的塑形變形的能力，這是防止發(fā)生突然斷裂事故的先決條件。因此為了保證鋼材具有足夠的塑形變形儲(chǔ)備，盡量降低鋼的屈強(qiáng)比。

2.研究方法

2.1臨界點(diǎn)測(cè)試與CCT曲線的測(cè)定

鋼的臨界點(diǎn)是制定熱處理工藝的重要依據(jù)。將實(shí)驗(yàn)鋼加工成尺寸為3X10mm的熱膨脹實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)采用Formastor-Fn全自動(dòng)相變儀，測(cè)定鋼的臨界點(diǎn)、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT）。本文研究?jī)上鄥^(qū)二次淬火+回火（QQ'T）及循環(huán)淬火（QQT）的影響規(guī)律（如圖1），并同調(diào)質(zhì)（QT）工藝進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，選出最佳的熱處理工藝，為工業(yè)試制提供可靠的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖1 9NiCrMo鋼熱處理工藝圖

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

測(cè)定9NiCrMo鋼的臨界點(diǎn)和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線對(duì)合理制定實(shí)驗(yàn)鋼熱處理工藝，研究其冷卻轉(zhuǎn)變過程中組織的變化規(guī)律，及工業(yè)試制中具有重要的理論實(shí)驗(yàn)依據(jù)[2]。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)鋼的臨界相變點(diǎn)測(cè)試結(jié)果繪制的CCT曲線如圖2所示。

圖2 9NiCrMo試驗(yàn)鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）曲線

不同淬火溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能及組織的影響。對(duì)于9NiCrMo鋼采用QT和QQT進(jìn)行熱處理。通常這類鋼的常規(guī)熱處理是采用調(diào)質(zhì)熱處理方式（QT-淬火+回火），淬火能顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，而回火消除淬火形成的殘余應(yīng)力，降低了位錯(cuò)密度，從而使得試驗(yàn)鋼具有良好強(qiáng)韌性匹配。但是，這種熱處理方式往往造成鋼的回火穩(wěn)定性較差，屈強(qiáng)比較高，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)難度大等不足。本論文了研究二次淬火（QQ'T）工藝，即在兩相區(qū)增加一次淬火+回火，對(duì)9NiCrMo鋼的熱處理效果。在保證高的屈服強(qiáng)度和良好的低溫韌性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低其屈強(qiáng)比，提高其回火穩(wěn)定性。

對(duì)于試驗(yàn)鋼分別釆用了淬火+回火的調(diào)質(zhì)工藝（QT）、循環(huán)淬火+回火工藝（QQT）和兩相區(qū)淬火+回火（QQT）工藝進(jìn)行熱處理 [3]。兩相區(qū)淬火是在AC1-AC3之間增加一次淬火（Q'），在本實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研確

定其二次淬火溫度在710-780℃范圍內(nèi)，回火溫度為500-590℃之間，淬火保溫時(shí)間為一小時(shí)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文測(cè)定了 9NiCrMo鋼的臨界點(diǎn)和CCT曲線，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)開展了循環(huán)淬火加回火工藝、兩次淬火加回火工藝與常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼組織與性能的影響的研究，分析了其顯微組織變化規(guī)律，探討了其強(qiáng)韌化機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

[1]王傳雅.鋼的亞溫處理一臨界區(qū)雙相組織超細(xì)強(qiáng)韌化理論及工藝[M].北京：中國(guó)鐵道出版社.2013.

[2]馬廣清，于文馨，符莉，等.水韌處理工藝對(duì)合金高錳鋼組織和性能的影響[J].鑄造，2014（4）：303-309.

[3]孔海旺.高錳鋼中奧氏體的加工硬化機(jī)理[J].鑄造設(shè)備研究，2013（2）：39-40.