低Ni无Co马氏体时效钢强韧化研究

摘要

本文通过Thermo-Calc热力学计算、物理化学相分析、SEM组织分析优化了00Ni14Cr3Mo3T1马氏体时效钢的固溶处理工艺。并研究了固溶温度对00Ni14Cr3Mo3Ti、00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢奥氏体晶粒大小的影响：在光学金相显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)下，观察了固溶、时效态的显微组织；研究了固溶温度对00Ni14Cr3Mo3Ti、00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢时效态冲击韧性的影响；并用扫描电子显微镜(SEM)观察了不同热处理工艺下的冲击断口形貌；研究了固溶温度对试验钢时效态拉伸性能的影响。 试验结果表明：Thermo-Calc计算无钴00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢的平衡析出相，发现低温固溶时有未溶的Laves-Fe2(Mo、Ti)相，该相在805℃完全溶解。物理化学相分析验证在750℃、800℃固溶处理时未溶相为Laves相，850℃时未检测到。但通过SEM组织分析，固溶温度为850℃，基体中还有少量未溶的Laves相，900℃完全溶解。所以优化00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢的最佳固溶温度在850-900℃范围内，以使未溶的Laves相完全溶解，且晶粒并没有粗化。 在750-1050℃固溶处理00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢，固溶温度低于900℃，奥氏体晶粒长大缓慢，基本为22μm，高于900℃，奥氏体晶粒快速长大，但马氏体形貌没有随着固溶温度的升高而改变。随着固溶温度的升高，未溶的Laves-Fe2(Mo、Ti)相逐渐溶于基体，基体组织更均匀，使固溶态冲击韧性升高，硬度降低。510℃时效后，固溶温度低于900℃，强度基本保持不变，冲击韧性、塑性逐渐升高，900℃时冲击吸收功达到最大值61J，高于900℃，由于奥氏体晶粒长大，强度、冲击韧性、塑性逐渐降低。 和00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢相比，00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢的Cr含量从3.19％增加到8.92％，使得Ms降到60℃，所以在770-1050℃固溶处理后水冷，并在-73℃冷处理2h，使γ→γ变时奥氏体尽可能多的转变成马氏体，以保证钢有足够高的强度。 随着固溶温度的升高，00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢的奥氏体晶粒逐渐长大，高于900℃，长大速度加快。在930℃同溶处理时，Ti2S、AIN、TiN等在晶界析出。时效态基体组织为板条马氏体和少量的残余奥氏体。通过Thermo-Calc热力学计算和固溶态SEM组织分析，00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢在固溶温度低于850℃时，也有未溶的Laves-Fe2(Mo、Ti)相，由于Mo含量从3.06％降到1.46％，使得未溶的Laves相非常细小。 固溶温度低于850℃，奥氏体晶粒还没开始长大，未溶的Laves相细小，基体中有一定量的残余奥氏体，使得510℃时效后冲击韧性很高，高于850℃，奥氏体晶粒长大和残余奥氏体的减少，时效态冲击韧性开始降低。930℃固溶处理，奥氏体晶界的析出相使得时效态冲击韧性急剧下降。固溶温度低于900℃，屈服强度、抗拉强度基本保持不变，高于900℃，由于奥氏体晶粒开始长大，强度略有降低。塑性先升高后降低，在850℃有最大值。 00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢在900℃固溶处理，510℃时效处理后，Rm=1750MPa，Rp0.2=1670MPa，A=10.5％，Z=55％，AKU2=61J，00Ni13Cr9MoTi马氏体时效钢在850℃固溶处理，(-73)℃冷处理2h，510℃时效处理后，Rm=1700MPa，Rp0.2=1625 MPa，A=11.5％，Z=64％，AKU2=70J，钢的强度、韧性、塑性达到最佳配合。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章.绪论

1.1选题依据和背景情况

1.2高合金超高强度钢的发展

1.3无钴马氏体时效钢的发展概况

1.4马氏体时效钢中合金元素的作用

1.5无钴马氏体时效钢的强韧化机理

1.5.1强化途径

1.5.2韧化途径

1.6无钴马氏体时效钢的发展方向

1.7论文的主要研究内容

第二章.试验材料和试验方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.2.1热处理工艺

2.2.2常规力学性能试验

2.2.3硬度测量

2.2.4显微组织观察分析

2.2.5化学定性相分析

2.2.6奥氏体含量的测定

2.2.7平衡相的热力学计算

第三章.OONi14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢固溶处理工艺的优化设计

3.1 Thermo-Calc在马氏体时效钢固溶处理工艺中的应用

3.2 OONi 14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢最佳固溶温度的优化设计

3.2.1 Thermo-Calc热力学计算

3.2.2物理化学相分析

3.2.3 SEN组织

3.2.4固溶温度的优化设计

3.3本章小结

第四章.固溶温度对OONi14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢组织和性能的影响

4.1固溶温度对OONi 14Cr 3Mo3Ti马氏体时效钢组织的影响

4.1.1固溶温度对奥氏体晶粒大小的影响

4.1.2固溶温度对组织的影响

4.1.3固溶温度对奥氏体含量的影响

4.2固溶温度对OONi 14Cr 3Mo3Ti马氏体时效钢性能的影响

4.2.1固溶温度对固溶态冲击韧性和硬度的影响

4.2.2固溶温度对时效态冲击韧性和硬度的影响

4.2.3固溶温度对拉伸性能的影响

4.3本章小结

第五章.固溶温度对OONi13Cr9MoTi马氏体时效钢组织和性能的影响

5.1固溶温度对OONi13Cr9MoTi马氏体时效钢组织的影响

5.1.1固溶温度对奥氏体晶粒大小的影响

5.1.2固溶温度对固溶态组织的影响

5.1.3固溶温度对时效态组织的影响

5.2固溶温度对OONi13Cr9MoTi马氏体时效钢力学性能的影响

5.2.1固溶温度对时效态冲击韧性的影响

5.2.2固溶温度对拉伸性能的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢