两相区热处理过程中回转奥氏体的形成规律及其对9Ni钢低温韧性的影响

通过XRD测定了9Ni钢中的回转奥氏体含量,并采用EBSD技术观察其在基体上的分布,研究了两相区热处理后回转奥氏体含量、分布及其稳定性的变化以及些这因素对9Ni钢低温韧性的影响.结果表明:经过两相区处理后,9Ni钢的低温韧性有不同程度的改善,其中两相区处理温度为650℃时,-196℃的冲击功最高,达到177 J,此时测得的回转奥氏体含量也最多,达到10.15%,表明回转奥氏体含量对9Ni钢的低温韧性有重要的影响.EBSD结果则表明:经两相区处理,回转奥氏体不仅在晶界和板条束界形成,也在晶内的板条界上形成,因此即便在其含量低于淬火+回火处理的条件下,9Ni钢的低温韧性也有明显提高,证明回转奥氏体的分布也是影响9Ni钢低温韧性的一个主要因素.对稳定性的分析显示,在本文的工艺条件下,回转奥氏体的稳定性均未达到最佳.     

9Ni钢断裂过程中裂纹的扩展行为

采用SEM和TEM对9Ni钢断裂过程中裂纹的扩展行为进行了研究,讨论了逆转变奥氏体在断裂过程中的作用。SEM观察结果表明,基体的塑性对裂纹尖端形状有重要影响,基体塑性较差时裂纹前端尖锐,加剧了应力集中,基体塑性较高时裂纹前端呈“钝角”,使应力集中松弛。TEM观察显示,9Ni钢裂纹的扩展有两种形式：一种是在带状薄区中呈“Z”形扩展,另一种是遇到逆转变奥氏体后偏离原来的扩展方向。研究结果也显示在两种条件下获得的逆转变奥氏体,经变形后又发生相变。这表明稳定性高的逆转变奥氏体能够在变形过程中保留下来,阻碍裂纹扩展促使9Ni钢低温韧性提高,而稳定性较低的逆转变奥氏体则在变形过程中很快发生相变。     

9Ni钢断裂过程中的裂纹扩展行为

采用SEM和TEM对9Ni钢断裂过程中裂纹的扩展行为进行了研究,讨论了逆转变奥氏体在断裂过程中的作用。SEM观察表明,基体的塑性对裂纹尖端形状有重要影响,基体塑性较差时裂纹前端尖锐,加剧了应力集中,基体塑性较高时裂纹前端呈"钝角",使应力集中松弛。TEM观察显示,9Ni钢裂纹的扩展有两种形式:一种是在带状薄区中呈"Z"形扩展,另一种是遇到逆转变奥氏体后偏离原来的扩展方向。研究结果也显示在两种条件下获得的逆转变奥氏体,经变形后又发生相变。这表明稳定性高的逆转变奥氏体能够在变形过程中保留下来,阻碍裂纹扩展提高9Ni钢低温韧性,而稳定性较低的逆转变奥氏体则在变形过程中很快发生相变。     

9Ni钢中回转奥氏体的形成规律及其稳定性

采用XRD法测定了不同温度回火后9Ni钢中的回转奥氏体含量,并结合显微组织的变化,研究了回转奥氏体的形成规律及其对性能的影响。同时,采用多种方法研究了所形成的回转奥氏体的稳定性。结果显示:540℃回火时,回转奥氏体的生成比较困难;570℃回火后其含量达到4.47%,且稳定性较高;570～600℃之间回火,测得的回转奥氏体缓慢增加,稳定性则逐步降低;600℃以上回火,回转奥氏体快速增加,并在630℃左右达到峰值,但稳定性显著降低;回火温度超过630℃,保温期间生成的奥氏体更多,但稳定性更低,其中很大一部分在水冷过程中又发生相变,使最终测得的回转奥氏体含量又快速降低。结果也表明,通过分析回转奥氏体和基体点阵常数的变化趋势能够更加准确地确定回转奥氏体的稳定性。     

9Ni钢的热处理及低温韧度

介绍了不同的热处理规范对9Ni钢的低温韧度的影响,对9Ni钢低温韧度的机理进行了总结与探讨。9Ni钢具有良好低温韧度的机理,一种解释是回转奥氏体阻止裂纹的扩展即裂纹尖端钝化效应。另一种解释是回转奥氏体发生形变诱发马氏体转变,阻止了裂纹的萌生和扩展,还有一种解释是回转奥氏体吸收使铁素体变脆的C、N等元素,使基体得到净化,从而提高低温韧度,即回转奥氏体的净化作用。     

低碳贝氏体钢焊接热影响区中不同亚区的组织特征与韧性

根据焊接热影响区中不同亚区的热循环特征对低碳贝氏体钢进行了焊接热模拟实验.采用示波器载荷冲击试验机检测焊接热模拟试样的冲击韧性,结合OM,SEM,TEM以及EBSD技术对模拟显微组织的观察,分析了不同亚区的显微组织特征与冲击韧性之间的关系.结果表明,当冷却时间t_(8/5)=30 s时,各亚区的裂纹形核功相差并不太大,其值在40—70J之间.细晶区(FGHAZ)具有良好的止裂能力,裂纹扩展功高达122 J;而部分相变区(ICHAZ)和粗晶区(CGHAZ)的裂纹扩展功较小,分别为51.8和17 J.随t_(8/5)的延长,各亚区的裂纹形核功和扩展功均下降,其中CGHAZ的裂纹形核功和FGHAZ的裂纹扩展功的下降最为显著.不同冷却速率下,M-A组元尺寸和形态的变化是影响裂纹形核功的重要因素.对于裂纹扩展功来说,高冷却速率下,具有高密度大角晶界的FGHAZ具有良好的抗裂纹迅速扩展的能力,但当冷却速率降低,由于原始奥氏体晶粒长大而使裂纹扩展功下降.ICHAZ有效晶粒尺寸不均匀,并随冷却速率的降低,晶粒尺寸明显增大,裂纹扩展功下降.而在CGHAZ中原始奥氏体晶粒显著粗化,大角晶界密度的下降导致裂纹扩展功降低;随冷却速率...     

两相区热处理工艺对9Ni钢性能的影响

利用X射线衍射和扫描电子显微镜研究了不同热处理后9Ni钢中回转奥氏体的含量及其分布,并测定了两相区热处理(QLT)各阶段钢中的回转奥氏体含量,讨论了此过程中9Ni钢组织的演变,进而分析了该工艺对9Ni钢力学性能的影响规律及其机理.结果表明:经两相区热处理后,回转奥氏体的分布状态及稳定性对9Ni钢力学性能的影响更加显著.     

奥氏体球墨铸铁超低温冲击断裂行为研究

以奥氏体球墨铸铁为研究对象,研究其低温冲击的断裂行为。首先研究奥氏体球墨铸铁在冲击断裂过程中裂纹形成功及裂纹扩展功等各部分能量随温度的变化规律:奥氏体球墨铸铁在20~-196℃温度范围内冲击吸收功呈先上升后下降的趋势,裂纹的亚稳扩展能量是决定低温冲击性能的主要因素。其次研究奥氏体球墨铸铁低温延性断裂行为的微观机理,采用SEM断口分析方法系统研究不同温度下奥氏体球墨铸铁延性断裂的裂纹萌生、扩展过程及随温度演变规律。     

Cu及热处理工艺对9Ni钢组织及性能的影响

通过实验研究了Cu元素及热处理工艺对9Ni低温钢组织与力学性能的影响。结果表明,添加Cu元素后,材料的低温冲击韧性明显得到提升,而抗拉强度和屈服极限变化不大。调质热处理后,材料的力学性能及低温冲击性能均明显得到改善。通过光学显微镜观察发现,热轧态的9Ni钢微观组织主要为淬火马氏体,经热处理后则主要为回火马氏体;进一步通过扫描电镜观察可以发现,调质热处理后,材料的基体组织为回火马氏体,在基体上分布着白亮色的粒状和板条状的淬火马氏体和回转奥氏体混合物。通过X射线衍射检测发现,添加Cu元素后回转奥氏体的数量增加。Cu对9Ni钢低温韧性的改善主要有以下两方面原因:一是钢中Cu、Ni等元素的富集大大提高了回转奥氏体的稳定性并增加了其含量,二是Cu元素的添加使回转奥氏体在晶内、晶界的分布更加均匀、弥散,从而提高了9Ni钢的低温韧性。     

Cu的时效行为及其对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢性能的影响

研究了不同时效温度下的沉淀硬化不锈钢0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb的TEM组织、硬度和冲击韧性.结果表明:时效过程中,0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢主要以ε-Cu相析出为主.时效温度为420℃时,Cu以细小共格ε-Cu相析出,导致0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢的硬度达到峰值,而韧性最差,冲击断口以解理为主.随着时效温度增加,ε-Cu相逐步脱溶长大,基体再结晶,硬化程度逐步降低,韧性升高,冲击断口逐步过渡为全韧窝形貌.0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢的韧性主要决定于冲击裂纹扩展功.时效组织对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢冲击裂纹形成功影响较小,对裂纹扩展功有着较大影响.     

Cu的时效行为及其对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢性能的影响

研究了不同时效温度下的沉淀硬化不锈钢0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb的TEM组织、硬度和冲击韧性.结果表明时效过程中,0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢主要以ε-Cu相析出为主.时效温度为420℃时,Cu以细小共格ε-Cu相析出,导致0Cr14Ni5Mo2Cu2N钢的硬度达到峰值,而韧性最差,冲击断口以解理为主.随着时效温度增加,ε-Cu相逐步脱溶长大,基体再结晶,硬化程度逐步降低,韧性升高,冲击断口逐步过渡为全韧窝形貌.0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢的韧性主要决定于冲击裂纹扩展功.时效组织对0Cr14Ni5Mo2Cu2Nb钢冲击裂纹形成功影响较小,对裂纹扩展功有着较大影响.     

直接双相区热处理工艺参数对9Ni钢组织性能的影响

研究了直接双相区热处理工艺的保温时间和回火时间对9Ni钢组织性能的影响。结果表明:在相同回火条件下,保温时间为40 min时低温韧性最好,少于Quenching+Lamellarizing+Tempering(QLT)工艺中双相区保温所需时间;保温时间为20 min时,强度增加但低温韧性降低;保温时间过长(60 min)会导致组织粗化、低温韧性差,延长回火时间低温冲击功也基本不变。保温时间为40 min时,随着回火时间的增加,回转奥氏体增加,抗裂纹扩展能力增强,低温冲击功增加,但强度降低,这主要归因于回转奥氏体在板条束间的析出和对马氏体中C及其它有害元素的净化作用。     

快速加热回火过程中9Ni钢组织的演化

采用淬火膨胀仪模拟了9Ni钢的快速加热回火工艺,并结合显微组织观察、淬火后残留奥氏体含量的计算以及回火过程中热膨胀曲线的分析,研究了9Ni钢快速加热回火过程中组织的演变行为。结果表明:淬火终冷温度略高于M_f点时,淬火组织中存在少量的残留奥氏体,经快速加热后能够促进回火过程中逆转变奥氏体的生成;但当终冷温度过高时,残留奥氏体量大幅增加,反而会抑制逆转变奥氏体的形成;快速加热有利于马氏体的逆转变及碳原子在奥氏体中的富集,但这两种机制存在竞争关系,快速加热回火后组织中的奥氏体较少时,碳原子的富集会使其稳定性上升,反之则导致碳原子在奥氏体中的富集程度减弱,稳定性变差。     

C、Ni含量对9Ni钢逆转变奥氏体量及稳定性的影响

通过对试验钢组织的观察、逆转变奥氏体量的测定以及稳定性的分析,研究了C、Ni含量对9Ni钢中逆转变奥氏体形成的影响。结果表明:当Ni含量较高时,在较低温度回火后钢能够获得较多的逆转变奥氏体,但其稳定性较差,由于较高温度回火有利于Ni向奥氏体中的扩散,故逆转变奥氏体量增加且稳定性也上升;对Ni含量较低的钢,需要较高的回火温度才能获得相应含量逆转变奥氏体,C含量对逆转变奥氏体的稳定性没有显著的影响,这可能是在加热或保温过程中C集聚的区域生成了渗碳体的缘故。     

双相区保温温度对9Ni钢组织性能的影响及增韧机理

研究了双相区保温温度对9Ni钢组织和力学性能演变的影响规律,分析了双相区热处理的增韧机理。结果表明:在双相区670℃左右保温淬火回火后,成品板的屈服强度可达到600 MPa以上,-196℃横向冲击功高达249 J且塑性最佳。显微组织分析结果发现,670℃条件下部分区域内的马氏体板条间形成了γ相,有利于淬火后提高材料平均晶界取向差并增加逆转奥氏体(γ’)的形核点。讨论了9Ni钢双相区热处理的增韧机理:材料平均取向差增加,晶粒得到有效细化,使得基体钝化裂纹和增加裂纹扩展路径作用强化;γ’量(体积分数)增加、碳过饱和度降低使得材料塑性增加,这有利于扩大裂纹前端塑性形变区以实现增韧。碳过饱和度降低时仍能保持高强度的原因在于双相区保温过程中细化了组织,通过细晶强化予以补偿。     

逆转变奥氏体对9Ni钢低温冲击韧度的影响

对经淬火+回火(QT)与淬火+两相区淬火+回火(QLT)工艺处理后的9Ni钢中的逆转变奥氏体含量和其对原位拉伸时裂纹形成和扩展时所起到的作用进行了观察和分析。结果表明:经QT工艺处理的钢中的逆转变奥氏体含量为2%,在裂纹扩展过程中,裂纹尖端成锐角,加剧了应力集中;经QLT处理后,钢中的逆转变奥氏体含量提高为6%,在裂纹扩展的过程中,裂纹尖端成钝角,弱化了应力集中。逆转变奥氏体并不能直接阻碍裂纹的扩展,通过提高基体的韧性,间接地阻碍裂纹的扩展,从而优化实验钢的低温韧性。     

QLT与QT热处理工艺对9Ni低温钢性能的影响

使用Thermo-Calc软件中的TCF8数据库计算出9Ni低温钢奥氏体组元含量和C、Ni元素在奥氏体中的质量分数,采用金相、TEM、XRD观察并测量两种工艺下的回转奥氏体大小、形态、分布及含量。最后通过拉伸试验及冲击试验对力学性能进行了对比。结果表明:相对于QT工艺,QLT工艺处理后的回转奥氏体含量更高,分布更为细小弥散,呈层片状,从而显著提高9Ni低温钢的韧性。     

不同两相区淬火温度对9Ni钢组织与性能的影响

通过SEM、XRD、疲劳试验机、冲击试验机等分析了620~680 ℃区间不同两相区淬火温度对9Ni钢强度和低温冲击性能的影响。结果表明,回转奥氏体含量和稳定性对材料性能影响显著,随着两相区淬火温度的升高,9Ni钢抗拉强度不断增大,而低温冲击性能呈现先升高后降低的非线性趋势。在640 ℃时,试样的回转奥氏体含量最高,达9.65%;断后伸长率最高,达到32.67%;冲击吸收能量最高,常温下达到332.83 J,-196 ℃条件下为297.69 J,总体展现出良好的强韧性。     

不同温度下X100管线钢的冲击韧性

通过对X100管线钢试件冲击示波曲线、冲击断口形貌的观察,对比分析了在温度20℃、-60℃及-80℃条件下试件的冲击性能,研究了冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明,裂纹启裂及扩展功所表现出的韧脆特性与总冲击功不同。随试验温度降低,断口分层现象明显,断口分层小平台可提高试验钢的断裂韧性,片状夹杂物则促进了脆性断口的产生;随温度降低,裂纹的扩展路径呈直线化,且尖角状裂纹较多。     

残留/逆转变奥氏体对改善高强度不锈钢-196 ℃超低温冲击性能的影响

采用力学性能测试、SEM和XRD等手段研究了淬火+低温回火处理的0Cr16Ni6高强度不锈钢和过时效处理的00Cr11Ni11MoTi马氏体时效不锈钢,并分析了残留/逆转变奥氏体对试验钢超低温缺口抗拉强度和冲击性能的影响。结果表明,在两种试验钢室温强韧性相近的情况下,0Cr16Ni6钢在超低温下(-196 ℃)的缺口抗拉强度和冲击性能显著优于00Cr11Ni11MoTi钢。根据冲击试样远离断口和断口附近马氏体/奥氏体衍射峰的相对强度分别定量计算的残留/逆转变奥氏体含量,发现在裂纹形成和扩展过程中0Cr16Ni6钢有接近90%的残留奥氏体通过应变诱发相变生成马氏体,显著改善了超低温韧性;而过时效00Cr11Ni11MoTi钢形成的逆转变奥氏体具有较高的稳定性,难以发生应变诱发马氏体相变,改善超低温韧性作用程度有限。