T92鐵素體鋼相變行為及熱處理工藝的研究.pdf

1、T92鋼是在T91鋼的基礎(chǔ)上對(duì)其成分進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型鐵素體耐熱鋼。T92鋼通過(guò)添加1.5～2.0％的W形成W-Mo復(fù)合固溶強(qiáng)化，減少M(fèi)o的含量至0.3～0.6%以避免組織中δ-鐵素體的形成，調(diào)整了V和Nb含量以形成碳氮化物彌散沉淀強(qiáng)化，并加入了0.001～0.006%的B組元來(lái)形成晶界強(qiáng)化。與T91鋼相比，T92鋼具有同樣優(yōu)良的導(dǎo)熱性、韌性、加工工藝性和焊接性能，但在600℃以上，T92鋼的蠕變性能和持久強(qiáng)度遠(yuǎn)高于T91鋼

2、，因此T92鋼是替代T91鋼的最理想材料。
　　目前對(duì)于T92鋼的研究主要針對(duì)蠕變性能、蠕變過(guò)程中的組織演變和焊接性能，而對(duì)其相變行為和熱處理工藝的基礎(chǔ)研究還比較少。在此背景下，本文分析了T92鐵素體耐熱鋼連續(xù)冷卻過(guò)程中的馬氏體相變行為和傳統(tǒng)熱處理工藝過(guò)程中的組織演變，通過(guò)相變動(dòng)力學(xué)模型分析組織中M23C6相的析出行為，在此基礎(chǔ)上對(duì)T92鋼Q&P（Quenching&Partitioning）和形變熱處理工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究。得到的

3、主要結(jié)論如下：
　　（1）隨著冷速的增加，馬氏體晶核數(shù)越來(lái)越多，馬氏體板條的橫縱比（aspect ratio）值不斷減小，馬氏體板條間的碰撞越劇烈，從而導(dǎo)致馬氏體板條變細(xì)。隨著冷速的增加，生長(zhǎng)激活能不斷減小，過(guò)冷度的增大，導(dǎo)致母相的強(qiáng)化，阻礙界面遷移，使得界面遷移率v0減小。在所有冷卻速度條件下，馬氏體的界面移動(dòng)速度均在10-6到10-4m s-1范圍內(nèi)，這說(shuō)明馬氏體相變是通過(guò)熱激活的方式進(jìn)行的。
　　（2）均勻形核的M3C

4、相在T92鋼正火過(guò)程中析出，而在隨后的回火過(guò)程中被溶解，并被M23C6相析出所代替?；鼗疬^(guò)程中馬氏體板條粗化的根本原因是馬氏體板條界的遷移，馬氏體相變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力為馬氏體板條界的遷移提供了驅(qū)動(dòng)力。Y-節(jié)的移動(dòng)是馬氏體板條粗化的主要機(jī)制。T92鋼在650 ℃下的回火過(guò)程可分為三個(gè)階段：(a)從回火開(kāi)始到120s，維氏硬度快速降低，在此階段M23C6相尺寸沒(méi)有明顯的長(zhǎng)大，但馬氏體板條發(fā)生快速的粗化；(b)從回火120s到1h，硬度值下降減緩

5、，在此階段中，馬氏體板條的粗化速度和M23C6相的尺寸增長(zhǎng)速度都很慢；(c)從回火1 h以后，由于M23C6相顆?？焖匍L(zhǎng)大，減弱了晶界釘扎作用，同時(shí)位錯(cuò)密度也迅速的減小，從而導(dǎo)致維氏硬度值迅速降低。
　?。?）利用位置飽和形核、擴(kuò)散控制生長(zhǎng)和軟碰撞修正，建立了M23C6相在T92回火過(guò)程中的析出動(dòng)力學(xué)解析模型，分析結(jié)果還表明M23C6相呈二維生長(zhǎng)方式。細(xì)小的馬氏體板條組織有助于析出細(xì)小、彌散的M23C6相顆粒。為了能夠更準(zhǔn)確的推算

6、在不同溫度下的M23C6相析出過(guò)程，采用了與溫度有關(guān)的生長(zhǎng)系數(shù)。通過(guò)擬合得到的生長(zhǎng)激活能為71.60KJ，與C原子在α-Fe中擴(kuò)散激活能相近。
　　（4） T92鋼在Q&P熱處理過(guò)程中發(fā)生了兩次馬氏體相變，第一次馬氏體相變未發(fā)生完全，部分未轉(zhuǎn)變奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中發(fā)生第二次馬氏體相變。C的再分配現(xiàn)象使未轉(zhuǎn)變奧氏體中的C含量增加。C含量的增加，導(dǎo)致奧氏體的穩(wěn)定性提高，使得第二次馬氏體相變的開(kāi)始溫度和結(jié)束溫度均有所下降，馬氏體板條

7、更細(xì)化。使用自催發(fā)形核、界面控制生長(zhǎng)和隨機(jī)晶核分布碰撞修正可以建立第二次馬氏體相變動(dòng)力學(xué)模型，能很好的描述體積分?jǐn)?shù)f與溫度T的關(guān)系。
　?。?）對(duì)T92鋼進(jìn)行形變熱處理，建立了T92鋼熱變形的本構(gòu)方程，并利用動(dòng)態(tài)材料模型繪制了T92鋼的熱加工圖，討論了不同熱變形條件對(duì)T92鋼組織的影響。應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值和功率耗散效率η值越大，越傾向于發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，且動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒越大。熱變形能有效的細(xì)化馬氏體組織，且隨著m值的減小，細(xì)化趨勢(shì)