7Ni鋼最佳中間淬火溫度的研究★

王彩煥，馬有光，王育田，孟傳峰，梁建宇，衛(wèi)英慧

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003；2.太原理工大學(xué)，山西 太原030027）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱太鋼）自主開發(fā)研制出鎳系低溫用9Ni鋼后，直接帶動(dòng)了我國(guó)LNG接收站建設(shè)的發(fā)展，目前國(guó)產(chǎn)9Ni鋼質(zhì)量穩(wěn)定優(yōu)良，國(guó)內(nèi)LNG接收站用儲(chǔ)罐基本為國(guó)產(chǎn)9Ni鋼制造。近期國(guó)內(nèi)外在9Ni鋼的基礎(chǔ)上，不斷開發(fā)新型節(jié)鎳鋼，以進(jìn)一步降低儲(chǔ)罐建設(shè)成本。

太鋼研制開發(fā)的7Ni鋼，就是9Ni鋼的替代產(chǎn)品之一。太鋼通過攻關(guān)，生產(chǎn)出了鋼質(zhì)純凈的新型鎳系低溫用7Ni鋼，并對(duì)鋼板的軋制工藝、淬火工藝、回火工藝都進(jìn)行了深入分析實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為7Ni鋼通過QT（一次淬火+回火）熱處理和QLT（一次淬火+中間淬火+回火）熱處理均能獲得較好的的性能。本文分析了7Ni鋼在QLT熱處理時(shí)，最佳中間淬火（L）工藝對(duì)鋼板抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性的影響。

1 材料及試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)鋼的成分為w(C)=0.04%、w(Mn)=0.75%、w(P)=0.001 6%、w(S)=0.001%、w(Ni)=7.0%，其余為適量的Si和其他微合金元素。將坯料軋制成28 mm厚度鋼板，終軋溫度選擇800~850℃，軋后冷卻速度為5℃/s[1]。7Ni鋼板熱處理后性能要求見表1。

表1 7Ni鋼板熱處理后性能要求

沿試驗(yàn)鋼板橫向切取拉伸試樣和沖擊試樣，取試樣在實(shí)驗(yàn)室全部進(jìn)行830℃×30 min的保溫并水冷，之后經(jīng)660~750℃×40 min的保溫并水冷，再將所有試樣進(jìn)行590℃×60 min保溫回火后空冷。

將不同熱處理工藝的試樣分別在電子拉伸試驗(yàn)機(jī)和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)和-196℃夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，并利用金相顯微鏡觀察了熱處理后鋼的金相組織，采用PHILIPS SEM－505掃描電鏡觀察熱處理后鋼板的SEM形貌，并通過X射線衍射儀分析了鋼板的回轉(zhuǎn)奧氏體含量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1 7Ni鋼不同中間淬火溫度下鋼板強(qiáng)度和沖擊功

圖2 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣金相組織（500×）

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

本次選擇的一次淬火溫度為830℃[2]，這淬火溫度保證鋼板完全奧氏體化并且不會(huì)晶粒粗化，回火溫度為590℃[3]，該回火溫度一般認(rèn)為是回火馬氏體逆向轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的最佳溫度。圖1為QLT工藝下，不同中間淬火溫度下鋼板強(qiáng)度和沖擊功，均滿足表1中7Ni鋼板熱處理后性能的要求。圖1-2顯示不同的中間淬火溫度對(duì)沖擊功的影響較小，沖擊功都能保持200 J以上，但690℃的中間淬火溫度下沖擊功最高；圖1-1中間淬火溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響較大，其中660℃的中間淬火溫度下，鋼板屈服強(qiáng)度表1要求相比，余量較小，而720℃以上時(shí)，鋼板強(qiáng)度升高，且屈強(qiáng)比偏高，在690℃時(shí)，鋼板的強(qiáng)度既有一定余量并且屈強(qiáng)比較低，鋼板的安全性較高。所以，本次實(shí)驗(yàn)中，690℃是最佳中間淬火保溫溫度。

表2 鋼板熱處理后回轉(zhuǎn)奧氏體含量測(cè)試

圖3 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片（5 000×）

圖4 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片（5 000×）

由前期研究可知，7Ni鋼與9Ni鋼的CCT曲線、顯微組織和力學(xué)性能均相近[4]，故當(dāng)鋼板的成分、熱軋狀態(tài)一致的情況下，7Ni鋼是通過熱處理后的組織調(diào)控來(lái)優(yōu)化鋼板性能的。

對(duì)于強(qiáng)度而言，鋼板的回火馬氏體和回火索氏體比例決定了鋼板的強(qiáng)度和屈強(qiáng)比。從圖2 QLT熱處理后鋼板的金相組織照片可以看出，隨著中間淬火溫度提高，鋼板的組織依次為回火索氏體為主、回火索氏體+回火馬氏體混合組織、回火馬氏體為主，即鋼板的回火索氏體含量隨著中間淬火溫度的提高而減少，回火馬氏體含量增加，導(dǎo)致強(qiáng)度不斷提高，屈強(qiáng)比升高。根據(jù)Fe-Ni相圖以及實(shí)際生產(chǎn)測(cè)定結(jié)果，7Ni鋼的Ac3溫度約為732℃，Ac1溫度約為610℃，也就是說，690℃能夠保證鋼板加熱后穩(wěn)定處于兩相區(qū)。

圖3 和圖4是一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片，也印證了圖2顯示的結(jié)論。圖3-1和圖3-2的中間淬火溫度分別為660℃、750℃，鋼的組織分別為回火索氏體為主和回火馬氏體為主，而圖4-1和圖4-2為中間淬火溫度為690℃時(shí)的不同位置的照片，是一種混合組織。

對(duì)于沖擊韌性而言，逆轉(zhuǎn)變奧氏體的數(shù)量是控制低溫沖擊功的關(guān)鍵因素。中間淬火穩(wěn)定處于兩相區(qū)時(shí)，使得一次淬火后的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槎未慊瘃R氏體，有利于增加回火過程中逆轉(zhuǎn)奧氏體的數(shù)量，并促進(jìn)其均勻分布，因此低溫沖擊韌性有所提升，從表2中鋼板熱處理后回轉(zhuǎn)奧氏體含量可以看出，當(dāng)中間淬火溫度為690℃時(shí)，回轉(zhuǎn)奧氏體含量最高，達(dá)到約9.8%，對(duì)提高沖擊韌性效果最好。當(dāng)中間淬火溫度為750℃時(shí)，已經(jīng)高于Ac3點(diǎn)，相當(dāng)于重新加熱到奧氏體區(qū)淬火，失去了中間淬火的作用。

4 結(jié)論

QLT工藝下，當(dāng)淬火溫度為830℃、回火溫度為590℃不變時(shí)，不同的中間淬火溫度下，沖擊功都能保持200 J以上的較高水平，其中690℃的中間淬火溫度下沖擊功最高。

中間淬火溫度對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都影響較大，其中690℃的中間淬火溫度保證鋼板穩(wěn)定處于兩相區(qū)，QLT后鋼板的強(qiáng)度既有一定余量并且屈強(qiáng)比較低，鋼板的安全性較高，為最佳中間淬火溫度。

中間淬火溫度在690℃最佳的原因是，該溫度為鋼板穩(wěn)定處于兩相區(qū)，鋼板在回火過程中回轉(zhuǎn)奧氏體含量約9.8%，對(duì)鋼板韌性有積極的影響。