不同熱處理工藝對9NiCrMo鋼組織和性能的影響

高琛輝

摘 要：采用調質工藝生產的9NiCrMo鋼具有回火穩定性差、性能合格率低、屈強比高、低溫韌性儲備不足等缺點。為了解決這些問題，通過進一步不同熱處理工藝的調整，系統研究了兩相區二次淬火（QQ'T）、調質處理（QT）和循環淬火（QQT）三種不同熱處理工藝對鋼的成分對組織演變規律及其性能的影響。

關鍵詞：熱處理;強度;韌性

NiCrMo系高強韌鋼中的很多鋼種己經突破了過去低合金鋼所定義的范圍，但從強度指標、性能特點、主要應用方面及來源等來看，焊接結構用的NiCrMo系高強度高韌性鋼，仍然屬于低合金的范圍。

1. 9NiCrMo鋼的性能特點

1.1高的強韌性

強度是結構鋼的基本力學性能指標，其中屈服強度是構件設計的依據。9NiCrMo鋼要求屈服強度不低于lOOOMPa，規格上板厚為lOmm-120mm。隨著鋼材強度的提高，產生脆性斷裂的風險也相應增加，為了防止高強度鋼發生低應力破壞，必須是塑性破壞時吸收能足夠大，并且要求足夠的塑性儲備，因此對鋼的韌性，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用性能的重要指標。大型的海洋工程平臺都是焊接而成的，例如我國剛剛服役的航母遼寧艦就是一個滿載排水量6-7萬噸的海上“移動飛機場”。不允許任何一處發生破壞[1]。因此，對焊縫、熱影響區與母材等強度和韌性的要求是非常嚴格。特別是隨著鋼的強度提高（碳當量也隨著提高），焊接越來越困難。且焊接過程大多在室外進行，容易引起焊接熱影響區的冷裂紋和層狀撕裂，因此獲得性能優異的焊接接頭十分重要。

1.3低的屈強比

鋼的屈強比是指屈服強度和抗拉強度的比值。低的屈強比有利于加工成型，提高沖成率，有較高的結構可靠性，具有較大的抗塑形失穩破壞的能力。目前工程應用中，已經把鋼的屈強比作為重要的設計依據，在工程安全性設計中，要求在裂紋產生之前具有一定的塑形變形的能力，這是防止發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備，盡量降低鋼的屈強比。

2.研究方法

2.1臨界點測試與CCT曲線的測定

鋼的臨界點是制定熱處理工藝的重要依據。將實驗鋼加工成尺寸為3X10mm的熱膨脹實驗，本實驗采用Formastor-Fn全自動相變儀，測定鋼的臨界點、連續冷卻轉變曲線（CCT）。本文研究兩相區二次淬火+回火（QQ'T）及循環淬火（QQT）的影響規律（如圖1），并同調質（QT）工藝進行了對比。根據經驗和實驗相結合，選出最佳的熱處理工藝，為工業試制提供可靠的理論和實驗依據。

圖1 9NiCrMo鋼熱處理工藝圖

3.實驗結果與討論

測定9NiCrMo鋼的臨界點和連續冷卻轉變曲線對合理制定實驗鋼熱處理工藝，研究其冷卻轉變過程中組織的變化規律，及工業試制中具有重要的理論實驗依據[2]。根據本實驗鋼的臨界相變點測試結果繪制的CCT曲線如圖2所示。

圖2 9NiCrMo試驗鋼的過冷奧氏體連續冷卻轉變（CCT）曲線

不同淬火溫度對實驗鋼的力學性能及組織的影響。對于9NiCrMo鋼采用QT和QQT進行熱處理。通常這類鋼的常規熱處理是采用調質熱處理方式（QT-淬火+回火），淬火能顯著提高鋼的強度和硬度，而回火消除淬火形成的殘余應力，降低了位錯密度，從而使得試驗鋼具有良好強韌性匹配。但是，這種熱處理方式往往造成鋼的回火穩定性較差，屈強比較高，實際工業生產難度大等不足。本論文了研究二次淬火（QQ'T）工藝，即在兩相區增加一次淬火+回火，對9NiCrMo鋼的熱處理效果。在保證高的屈服強度和良好的低溫韌性的基礎上，進一步降低其屈強比，提高其回火穩定性。

對于試驗鋼分別釆用了淬火+回火的調質工藝（QT）、循環淬火+回火工藝（QQT）和兩相區淬火+回火（QQT）工藝進行熱處理 [3]。兩相區淬火是在AC1-AC3之間增加一次淬火（Q'），在本實驗過程中，根據相關文獻調研確

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

4.結束語

本文測定了 9NiCrMo鋼的臨界點和CCT曲線，并在此基礎上系統開展了循環淬火加回火工藝、兩次淬火加回火工藝與常規調質工藝對實驗鋼組織與性能的影響的研究，分析了其顯微組織變化規律，探討了其強韌化機理。

參考文獻：

[1]王傳雅.鋼的亞溫處理一臨界區雙相組織超細強韌化理論及工藝[M].北京：中國鐵道出版社.2013.

[2]馬廣清，于文馨，符莉，等.水韌處理工藝對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理[J].鑄造設備研究，2013（2）：39-40.