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鎳係低溫不鏽鋼不同成分和熱處理工藝下組織和性能的分析
發布者:不鏽鋼管廠(www.osunblock.com.cn) 發布時間:2020/4/24 閱讀:294

  鎳係低溫不鏽鋼上個世紀50年代開發出來以後,在低溫領域廣泛使用,有很多研究來解釋這種優異低溫性能的組織因素,早前的研究主要關注其中的殘餘奧氏體對低溫韌性的影響,因為鎳係低溫不鏽鋼經過熱處理後基體為鐵素體或回火馬氏體,奧氏體作為軟性相分布在基體中構成複相組織,當裂紋在基體中擴展遇到奧氏體相時,能量會被奧氏體相吸收,裂紋擴展被阻止。因為奧氏體在鎳係低溫鋼中的存在使得該鋼種低溫性能提高,後續有很多關於奧氏體在鎳係低溫不鏽鋼中機械穩定性的研究,在基體中存在奧氏體的情況下,當奧氏體向馬氏體轉變的過程中,是從麵心立方結構向體心立方結構轉變,體積會膨脹,所以等靜壓力不會有利這種轉變,單軸壓應力有利於這種轉變,而拉應力總是有利於這種轉變。在奧氏體轉變的過程中,形成的馬氏體結構和基體的馬氏體結構位向不一致,這就阻隔了基體中裂紋擴展的路徑,使得韌性提高,所以奧氏體在變形過程中積極地發生相變提高了鎳係低溫鋼的低溫韌性。此外,還有關於原奧氏體晶粒結構對形成的馬氏體結構鋼的機械性能和韌性的影響,超細晶粒結構中韌性和溫度的反向關係。其中向日葵app视频入口ioses特鋼的關於9鎳不鏽鋼中板條馬氏體結構的文章對解釋鎳係低溫鋼的組織有很大的指導作用,9鎳不鏽從奧氏體化狀態淬火得到馬氏體結構,這種馬氏體結構為板條結構,並且和原奧氏體的結構存K-S結構,每一個奧氏體晶粒都會包含4個部分,每個部分都包含位向關係相近的6個馬氏體變體,所以一個原奧晶粒內包含所有24種馬氏體的變體,從這個角度看。淬火形成的板條馬氏體結構分割了奧氏體晶粒,使得組織細化,裂紋在擴展的時候會變各個位向的板條馬氏體阻礙,為後續的回火形成板條間的細小逆轉變奧氏體提供了組織基礎。此外,國內鋼鐵集團也對鎳係低溫鋼的組織性能進行了研究。
 
 

 上麵的研究主要針對鎳係低溫不鏽鋼基體中較少的第二相奧氏體的作用,最近有研究表明基體中形成很多針狀鐵素體也會提高材料的韌性。針狀鐵素體在400℃到600℃的等溫階段形成,此溫度也是貝氏體的形成溫度範圍。貝氏體中鐵素體在奧氏體晶界形核,並且往往形成位向平行的片狀結構,而針狀鐵素體在奧氏體晶內的非金屬顆粒上形核,形成的針狀鐵素體位向各不相同。針狀鐵素體之所以能有利於韌性,原因是針狀鐵素體的結構中有很多大角度的界麵,這種針狀鐵素體結構同樣也能有效的阻礙裂紋的擴展,從而使得韌性提高。

 

  基於以上的鎳係低溫不鏽鋼的複相組織和其韌性的關係的分析,對國內外生產的兩種9鎳鋼的組織和性能進行比較,著重基體組織的差異,分析不同組織對韌性的影響。

  為了分析組織和低溫性能之間的關係,對於目前國內外鋼廠生產的兩種9鎳不鏽鋼材料進行了力學性能測試,衝擊性能測試以及金相組織和掃描電鏡圖的分析,為了測試其中的奧氏體含量,通過磁性法可以較準確地反應試樣A和試樣B中的奧氏體含量,輔以EBSD照片的分析結果,兩者結果一致。通過以上實驗結果,可以得到以上結果:

 

  1. 在熱處理工藝相同的情況下,鎳係低溫不鏽鋼的合金元素含量對最後的組織有著重要的影響。鎳係低溫不鏽鋼中最重要的元素是鎳,鎳能與鐵形成固溶體,同時鎳也是穩定奧氏體的元素,有利於提高最後熱處理後基體中的奧氏體含量,奧氏體可以有效組織基體中的裂紋擴展,隨著鎳含量的提高,鎳係低溫鋼的韌脆轉變溫度會降低。根據實際使用溫度範圍可以選擇相應的鎳含量的鎳係低溫鋼。碳元素在鎳係低溫鋼中應該控製其含量,較多的碳元素會增加鎳係低溫鋼的脆性,所以鎳係低溫鋼一般為低碳鋼。在鎳係低溫鋼的冶煉的過程中也要嚴格控製磷、硫、氮、氧和氫這些有害元素的含量。錳在低溫鋼中的適量存在對韌性有益,它能降低韌脆性轉變溫度。通過提高低溫鋼中的錳和碳的比例,鋼的韌性可以顯著提高。錳還是奧氏體穩定元素,在等溫過程中的可以向奧氏體擴散提高奧氏體的穩定性。此外,用適量的錳代替部分鎳,還可降低成本,提高經濟性。除了在低溫鋼中的主要元素外,還加入適量的鋁、铌、釩等元素,能有效細化鋼的晶粒,如果在控製軋製和控製冷卻的條件下,在這些微合金元素的作用下鋼的低溫韌性可大幅度改善。

 

  2.為了在衝擊實驗中得到更高的衝擊吸收功,有更好的韌性,從基體組織的角度看,形成具有各種位向的針狀鐵素體是一個得到較好韌性的組織調控目標,這些針狀鐵素體有效分割了原奧氏體晶粒,形成大量的大角度晶界,從而使得裂紋擴展受阻。

 

  3.基體中殘留的奧氏體可以提高鎳係低溫鋼的韌性,在合金元素和熱處理工藝的設計中可以考慮盡可能得到多的奧氏體,形成複相結構,奧氏體可以鈍化裂紋尖端,使得裂紋擴展受阻。
 

 
 

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