回火温度对9Ni组织和力学性能的影响外文翻译资料

 2023-01-16 10:56:05

回火温度对9Ni组织和力学性能的影响

摘要：9Ni钢试样在经过淬火、两相区碎火和回火处理后的力学性能由试样在不同的回火温度下来进行评估。通过光学显微镜（OM）和透射电子显微镜（T EM）观察到9Ni钢在不同回火温度的清晰的微观结构。奥氏体的体积分数可以通过XRD测量。结果表明，当回火温度是540和580℃之间的情况下，9Ni钢获得高强度和低温韧性。它的显微组织早双相淬火后保持双相层状结构。当回火温度为540℃时，在富含镍成分处产生渗碳体。当回火温度在560和580℃范围内时，回转奥氏体（gamma;）组织变大，双相层状结构变得不清楚。奥氏体（gamma;）在600℃的时候变得不稳定。当回火温度在500〜520℃之间时，层状的基质位错密度增大，使得抗拉强度和屈服强度降低。当回火温度在540℃和甚至更高的温度，屈服强度就会持续地减小，因为在基体中C元素和合金元素被渗碳体和gamma;奥氏体吸收。所以屈服比因为奥氏体(gamma;)而下降。在不同的回火温度有两种不同的韧性机理。其中之一是，在较低的温度下9Ni钢里渗碳体的析出时吸收了一部分的C元素，这样起到了改善低温韧性的重要作用。另一个原因是，gamma;相和纯化的基质在较高的回火温度时起到重要的作用。当回火温度为600℃，gamma;的稳定性迅速下降，即使在室温下发生转化，这也导致了在77K时夏比-V冲击能量的急剧下降，回火温度的范围由渗碳体的空间分布和层状结构而放大。

关键词： Ni成分为9%的钢； 回火温度； 渗碳体； 回转奥氏体； 低温韧性

作为一种清洁的能源，液化天然气（LNG）的需求正在迅速增加，并且全世界储备巨大。在过去的一些年中，随着多个液化天然气的接收终端新建或在建设当中，进口液化天然气的总量一直在稳步的增加。作为液化天然气(LNG)储罐的主要结构材料，对含9％的Ni钢的需求的量的正在迅速[3-4]增加。对于含Ni含量为9%的钢，在通过淬火，双相淬火处理和回火（QLT）后，回转奥氏体gamma;（RA）成为提高其低温韧性的一个主要的因素。以前许多的工作研究表明，混合的富镍和镍贫成分的微观组织结构在双相淬火处理后形成。和因此，经过双相淬火处理后的回火过程可能变得复杂和在回火过程中gamma;形成可能会受到影响。虽然以前已经有很多关于9Ni钢的工作研究。但是有比较少的工作研究是对双相淬火后富镍和贫镍成分的变化和镍成分对9Ni钢力学性能的影响。

  1. 实验的材料和过程

在这项工作中使用的含9％的Ni的钢是由30吨重的耗电炉制作来的，然后锻造成30毫米的钢板;其化学成分列在表1中。

板子尺寸为20毫米times;20毫米times;200毫米，由板块切断，在800℃进行淬火，然后在660℃双相淬火和在分别在500，520，540，560，580， 600℃不同温度下回火处理，两次拉伸试验，一块在室温下试验，而另一块在77K时夏比V型缺口（CVN）冲击含有QLT处理的9Ni钢的三个试样下进行的。不同试样的奥氏体的体积分数在冲击试验之前和之后分别通过X射线衍(XRD)来比较积分峰强度（200）alpha;和（220）gamma;平面来测试。试样进行抛光，并在硝酸乙醇的4％的蚀刻后用光学微结构观察（OM）。在540〜600℃回火处理后试样被机械研磨至30mu;微米和用450毫升酒精溶液和50毫升高氯酸电解质在一个双相射流抛光里化学处理。薄箔在200KV的JEOL2010透射电子检查显微镜（TEM）检测。在540℃回火处理的试样的相位分布是通过电子背散射衍射（EBSD）进行测试。

  1. 实验结果

2.1 机械性能

在温度为500℃至600℃温度范围内的回火处理的Ni含量为9%的钢的力学性能示于图. 1. 它表明屈服强度（REL）和屈服比（REL/RMR）随着回火温度的增加而降低。然而，拉伸强度（RM）在580℃至600℃之间迅速增加。低温韧性（一千伏）由回火温度的从500℃到540℃而提高。它达到在540℃至580℃之间的高峰值，580℃以上后，低温冲击值就会迅速下降。

图1.9Ni钢的力学性能与回火温度的函数关系

2.2 回转奥氏体的体积分数

在冲击试验前前的所有已经经过回火处理过的试样的奥氏体体积分数在室温下用X射线衍射来测量。结果表明，在回火温度为500至540℃的试样仅存有少量的奥氏体，在540℃之后，奥氏体的量迅速上升，到了580℃时奥氏体的量到达峰值。在77K冲击之后又少量的奥氏体留在断裂口附近。在77K时奥氏体的体积分数与摆锤式冲击能的相关性不固定（图2）。

图2.9Ni钢的低温韧性和回转奥氏体的体积分数

2.3显微结构

在不同温度下回火试样的光学显微照片显示在图3，当回火温度为540℃时，它的显微结构在双相淬火后保持一种双相结构和当回火温度很高时只能见到回火马氏体。

图4显示出在500到520℃的回火处理的试样TEM有较高的位错和不显著沉淀。 图5显示出的是回火试样TEM在540℃的回火情况。在富Ni成分中有棒状渗碳体析出[图5和图6（a）〕，以及它的位错密度显著降低。显微组在双相淬火后保持双相层状结构。尽管它示出在X射线的结果，但是因为它的小尺寸，gamma;不能在TEM中看出。在EBSD结果表明，有gamma;和两种渗碳体，六边形和立方结构渗碳体。明显可以看到渗碳体由一个主析出相和有小体积的gamma;组成。渗碳体的宽度为平均为50纳米，它是由线性截距法在TEM照片测量出来。

因为试样的回火温度为580℃，所以看不到一点层状结构，图7中可以看到一些gamma;，但是看不到渗碳体。STEM的结果表明，在回火温度为580℃时，Ni在gamma;中的含量在15%以上，Mn含量为1.77%。

在600℃回火温度时的9％Ni钢的TEM结构示于图8. 暗视野显微照片表明，并且衍射图案显示该棒状相的另一部分是回转马氏体。这是因为，该gamma;相的稳定性在不断的下降，并把它们的一部分可以变换即使在室温下为马氏体。

回火温度为600℃的9Ni钢的TEM示于图8，黑暗区域显微结构表明，只有一部分的棒状相是奥氏体，衍射图案显示该棒状相的另一部分是回转马氏体。这是因为，在室温下该gamma;的稳定性下降，并把它们的一部分可以变换为马氏体。

图3. 在不同温度回火处理的试样的光学显微组织

图4. 回火温度为500℃和520℃试样的TEM结构

图5. 回火温度为540℃时试样的TEM结构.

图6.回火温度为540℃时试样的相位分布

图7.在回火580℃时试样的TEM结构

  1. 讨论

结果研究表明，经过QLT处理的9Ni钢在回火温度在540℃到580℃范围内时可以获得高强度和低温韧性。在回火处理的过程中，显微结构也会变化有所不同。 因此也有不同的加强和增加低温韧性的机制。

3.1显微组织的转变

在回火处理的过程当中，低温回火温度时渗碳体沉淀在富Ni板条上，随着回火温度的上升，gamma;形成在渗碳体的边界上，gamma;保持长大并逐渐吸收渗碳体。gamma;的形成的温度比AC1的温度低，这是由该层状结构的组合物成分波动所引起的和富Ni的板条具有较低的相变点。

3.2强度

含9％的Ni钢具有高强度为它是alpha;相钢，而不同的回火温度的强度与渗碳体和gamma;的沉淀有关（gamma;也被称为沉淀奥氏体））。根据混合物的公式。

R m = lambda;a ( 1-f b ) Ram lambda; b f b R b m (1)

式中，R是强度，lambda;为一常数，混合物的屈服强度取决于软相的强度。 9％Ni钢为多相，和层状结构比渗碳体和马氏体更软。因此，层状基质和未转化的gamma;是软相，而渗碳和马氏体，将其从所述的gamma;变换为硬质相。

当500和520℃的回火温度之间渗碳体和gamma;尚未显著观察，在层状基质的位错密度降低了主要的变化，因此，拉伸强度和屈服强度降低。当在540回火至580℃，在基质中的C和合金元素是由渗碳体和gamma;吸收。因此屈服强度不断下降。由gamma;转化渗碳体和马氏体的是硬质相，

它们将是有益于下等式的拉伸强度，因此拉伸强度降低。当在600℃回火时，gamma;增长，其稳定性下降，因此从gamma;转化的马氏体的量是将在很大程度上增加，所以拉伸强度迅速增加，并且大量合金元素将由gamma;的生长被吸收，所以屈服强度将迅速下降。该产率比降低可以通过相同的理由进行说明。

3.3 低温韧性

许多因素会影响钢的低温韧性，其中gamma;稳定性是对于低温钢的关键因素之一，尤其是含9％Ni钢。但是，在77K时奥氏体的体积分数不与摆锤式冲击能相关性不明确（图2）。微观结构表明，还有一些其他的原因。低温韧性显然是与回火温度增加而增加的，这是造成由位错密度下降和渗碳体沉淀。通常情况下，对于马氏体钢，其渗碳体析出在晶界或板条上面，它提供了一个为裂纹形核前位置，对裂纹扩展提供有利的条件。

在以往的工作研究中，富Ni和Ni稀缺成分的混合组织在双相淬火后可获得[13]。原来的奥氏体边界和马氏体结构发生了变化，所以晶界上的渗碳体析出的概率同时下降。层状结构，其通过富Ni成分和Ni贫成分组成，这使另一位置限制在规定的渗碳体析出较高的化学势渗碳。裂纹成核和延展均有所下降，因为渗碳体只有几十纳米，并且不能在边界。两种碳化物的在层状结构有其不同的不同强度的化学组合物，其可以在发挥低温韧性的作用。回火温度范围是由层状结构和渗碳体分布而扩大。

当回火温度在560回火至580℃时，产生的gamma;具有高的合金元素，其使它稳定即使在77K的条件。然而，基质被清洗过后从而可以提高韧性的特性。它可以通过变形降低应力集中，gamma;相是软的，而且它也可以由变形和相变来吸收能量。

虽然从大应变的gamma;相转化的马氏体是很难的，但是它的宽度只有70〜120纳米，所有这些改善9Ni钢的低温冲击能量。当试样是在600℃回火处理，gamma;的稳定性大大降低，并且它们的一部分可在室温下转变成马氏体。在低温的影响下，gamma;不能发挥的作用。 gamma;的宽度平均值为170纳米，是远大于其他回火温度的宽度。因此，从gamma;转化的马氏体具有较大的尺寸和数量，从而可以提供裂纹形核和扩展的条件，以及降低9Ni钢的低温韧性。

  1. 结论

（1）当回火温度是540和580℃之间的时候，经QLT处理后的9Ni钢可获得高强度和低温韧性。

（2）当试样在回火温度为540℃时，渗碳体在富含有Ni组分部分产生，当试样在温度回火范围从560到580℃时，回转奥氏体的长大和双相层状结构变得模糊。在600℃的时候回转奥氏体保持成长;但是同时，它的稳定性在不断降低。

（3）当在温度范围从回火500℃至520℃的时候，在层状基质中位错密度的增加会使得拉伸强度和屈服强度同时在下降。当在540℃在情况下进行回火和在较高的温度的时候，由于在C和合金元素基质由渗碳和gamma;吸收，屈服强度连续的降低，因为渗碳体和马氏体的硬质相而拉伸强度不会降低。当回火温度在600℃时候，gamma;的增长和稳定性减少，从gamma;变换马氏体的数量是会有很大程度上增加，因此拉伸强度在很大程度上增加，屈服强度比的减小主要是因为回转马氏体的存在。

（4）在不同的回火温度范围上有2种韧性的机制，当在比较低的回火温度的时候，渗碳体的析出对提高9Ni的低温韧性起到了重要的作用。回转奥氏体和纯化的基质在较高的回火温度起到重要的作用。 当试样在回火温度为600度的时候，甚至转化发生在室温下，回转奥氏体的稳定性也会迅速下降，这导致在77K夏比-V冲击能量的急剧下降。这导致夏比-V冲击在77K的能量的急剧下降。回火温度范围由渗碳体的特殊分布和层状结构而扩大。

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