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回火温度对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢碳化物及其力学性能的影响
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-05-15
本工作选用一种Fe-Cr-Ni-Mo高强度合金钢作为研究对象，在较宽的回火温度范围内（400～650℃），研究了碳化物的变化及其对高强钢强韧性的影响，从而达到通过调整回火制度来控制碳化物类型和数量，最终实现改善高强钢强韧性的目的。
高强钢具有强度高、成形性好以及一定的可焊性等优点，被广泛应用于诸如电力、石油和化工等各个工业领域。近年来许多科研人员致力于改善高强钢的强韧性，在保证高强度的基础上提高其冲击韧性。通常采用的技术手段包括调整钢的化学成分、改变加工工艺和热处理工艺等。事实上，高强钢的强韧性还与析出的碳化物紧密联系。由于淬火+回火处理是一种常用的获得高强钢的热处理工艺，而在回火处理过程中，高强钢中将析出大量碳化物，并且不同温度回火处理后，钢中析出的碳化物不同，因此通过优化回火工艺控制钢中碳化物的析出对改善高强钢的强韧性具有重要意义。
本工作选用一种Fe-Cr-Ni-Mo高强度合金钢作为研究对象，在较宽的回火温度范围内（400～650℃），研究了碳化物的变化及其对高强钢强韧性的影响，从而达到通过调整回火制度来控制碳化物类型和数量，最终实现改善高强钢强韧性的目的。
实验用钢是一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢，其名义成分（质量分数，%）为：C0.35，Ni2.00，Cr1.60，Mo0.60，Mn0.60，Si0.20，V0.14，杂质元素S和P的含量均为0.006，余量为Fe。实验钢采用真空感应炉冶炼，真空浇铸后得到25kg的铸锭。将铸锭在1150℃保温1h，然后锻造成35mm厚的锻坯；最后热轧成12mm厚的板材，热轧温度为1100℃。
热处理工艺采用正火+淬火+回火处理，选定正火和淬火温度均为860℃，前者保温1h后空冷处理，而后者保温40min后采用油淬处理。回火处理时间为2h，选取的回火温度范围为400～650℃，每隔50℃选取一个实验温度，回火后采用水冷处理。热处理后的板材加工成标准的Charpy-V型缺口冲击试样和棒状拉伸试样，取样方向均为平行于轧制方向。冲击实验在RKP 450冲击试验机上进行，主要考察试验钢的低温（选取-50℃）冲击韧性，室温拉伸实验在AK-1000KNG拉伸机上进行。利用TEM观察高强钢中碳化物的形貌及分布，并用三维原子探针（3DAP）分析了碳化物的成分。
研究结果表明：回火温度较低（400℃）时，钢中析出M3C合金渗碳体及M7C3合金碳化物，M为Fe、Cr和Mn的组合，其中M3C长度约为1μm，而M7C3尺寸较小，小于200nm；回火温度较高时（500和600℃），碳化物析出数量增加，但M3C合金渗碳体尺寸变小，数量减少甚至不出现，同时析出尺寸较小的M2C和M6C（小于200nm）；继续提高回火温度（650℃），除M2C外还出现MC型碳化物，其尺寸小于100nm，析出数量减少。合金碳化物M2C、M6C和MC的合金元素主要以V、Cr和Mo为主。高强钢的强度随回火温度的升高而下降，但在500～600℃回火温度区间，由于碳化物析出会引起二次硬化效果，强度下降不明显，因此实验钢在530～600℃内回火后可获得较好的强韧性配合。
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