9Ni钢关键亚稳相的形成及低温塑韧化作用

摘要

本文研究了淬火-回火(QT)和淬火-临界淬火-回火(QLT)两种热处理工艺对组织和性能的影响；结合Thermocal-Dictra 计算方法分析了QLT 处理9%Ni 钢中逆转变奥氏体亚稳相形成的热/动力学条件；研究了9%Ni 钢的低温拉伸应变硬化行为，解释了该钢低温下延伸率提高，屈强比降低的原因。结果表明：9%Ni 钢采用QLT 热处理工艺可以在较宽的温度范围内获得远高于QT 处理的低温性能。该钢经QLT 热处理时，淬火组织为板条马氏体；660~680℃临界淬火组织为块状铁素体+二次淬火马氏体，精细结构为双相Lamellar 层状结构；较低温度回火时仍然保留着临界淬火组织特征，并在富Ni 板条中析出渗碳体，随着回火温度的升高，逆转变奥氏体形成并吸收渗碳体，同时Lamellar 结构消失，形成大量平行排列的棒状或者条状的逆转变奥氏体。QT 处理的9%Ni 钢回火时渗碳体和逆转变奥氏体呈颗粒状分布在原奥氏体晶界上。与QT 处理相比，QLT 处理9%Ni 钢的低温韧性显著提高。原因是：9%Ni 钢经临界淬火后，晶粒显著细化，并形成Lamellar 结构；Lamellar 结构较大的合金成分起伏，促进回火时逆转变奥氏体大量而均匀的形核，使逆转变奥氏体的数量明显增多，分布更加均匀；低温韧化是晶粒细化和逆转变奥氏体共同作用的结果。热/动力学计算模拟表明，9%Ni 钢淬火马氏体经680 ℃临界加热时，随时间的延长，γ/α相界逐步向α相推移、α相中的Ni 含量逐渐降低；保温3 600 s后，α相中的Ni 含量降至4.8%，而γ相中的Ni 含量因相界移动而基本保持在 9.5%左右，淬火后呈Lamellar 结构；该结构中Ni 含量分布的计算值与实测值相近。QLT 处理9%Ni 钢在20 ℃~-196 ℃系列温度拉伸时，随试验温度的降低，均匀延伸率提高、屈强比降低。逆转变奥氏体在拉伸时发生相变而改善了9%Ni 钢的低温塑性。