9Ni鋼的顯微組織演變及力學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，液化天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，在國內(nèi)外受到越來越多的重視，對液化天然氣的需求量與日俱增。但液化天然氣的特殊性要求其結(jié)構(gòu)材料具有良好的低溫韌性、焊接性能和高強度等，根據(jù)這些性能要求，美國于1942年開發(fā)了高強韌性9Ni鋼，并且已經(jīng)成為建造液化天然氣儲罐的關(guān)鍵材料。本文通過熱模擬試驗，研究了熱變形過程中9Ni鋼的再結(jié)晶行為及連續(xù)冷卻過程中的相變規(guī)律，通過熱處理試驗，研究了熱處理工藝參數(shù)對9Ni鋼組織性能的影響，探索了其低溫韌

2、性的機理。
　　本文通過對9Ni鋼的顯微組織演變及力學(xué)性能研究。取得了如下主要結(jié)果:
　　1.通過CCT的熱模擬實驗，得到了9Ni鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，在設(shè)定工藝參數(shù)條件下，均得到馬氏體和貝氏體組織，且貝氏體占多數(shù)。通過單、雙道次壓縮熱模擬實驗，研究了9Ni鋼的再結(jié)晶行為。得到了9Ni鋼的動態(tài)再結(jié)晶激活能Qd為377.22kJ/mol和靜態(tài)再結(jié)晶激活能Qrex為219.34kJ/mol，確定了臨界應(yīng)變、峰值應(yīng)變、峰值應(yīng)力與Z

3、參數(shù)的關(guān)系，建立了9Ni鋼的動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)方程和靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)方程。
　　2.研究了熱處理工藝參數(shù)對9Ni鋼組織性能的影響。
　　(1)經(jīng)QT（淬火+回火）及QLT（淬火+亞溫淬火+回火）處理后，其回火組織均保留著板條晶的形貌特征。
　　(2)淬火工藝參數(shù)對強度、塑性影響不大，而對韌性影響較大，淬火溫度過低或保溫時間過短，其低溫沖擊斷口均呈現(xiàn)準解理斷口形貌特征。采用QT工藝時，800℃保溫60min的淬火工藝，其原

4、奧氏體晶粒的平均尺寸(15.4μm)最小，回火后在晶界及板條束界析出的回轉(zhuǎn)奧氏體相對細小彌散，致使其Akv（檢測溫度:-196℃）值高達221J。
　　(3)采用QT工藝時，隨回火溫度的升高，屈服強度急劇下降，抗拉強度小幅下降，延伸率與Akv值均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，但強度均符合En10028-4和ASTM/ASME標準。主要是由于隨回火溫度的升高，回轉(zhuǎn)奧氏體增加，致使其屈服強度下降，Akv值增加，在回火溫度達到580℃時，

5、其Akv值最大，回火溫度繼續(xù)升高，由于回轉(zhuǎn)奧氏體的熱穩(wěn)定性下降，致使其韌性下降。
　　(4)QT及QLT熱處理工藝中，在回火時間保證合金元素充分擴散的基礎(chǔ)上，回火時間對提高9Ni鋼低溫韌性的作用不大，且對9Ni鋼的強度、塑性也無顯著影響。經(jīng)亞溫淬火處理后，同QT工藝相比，在相對較短的回火時間內(nèi)也可取得較好韌性。
　　(5)亞溫淬火溫度對強度、塑性影響不大，經(jīng)亞溫淬火處理后，可以顯著地提高9Ni鋼的低溫韌性，其Akv值均可達2

6、30J以上。主要是由于經(jīng)α+γ雙相區(qū)處理后，一方面回轉(zhuǎn)奧氏體在板條晶間呈薄片狀析出，分布均勻，另一方面由于其富Ni量更高，進而提高回轉(zhuǎn)奧氏體的熱穩(wěn)定性，從而使晶界和基體韌化，大大提高了9Ni鋼的低溫韌性。
　　3.通過透射電子顯微鏡分析，QT試樣中塊狀回轉(zhuǎn)奧氏在晶界處析出，且與基體有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系，其晶帶軸[001]α//[011]γ，晶面{011）α//{111}γ。QLT試樣中呈薄片狀的取向關(guān)系相差不大的回轉(zhuǎn)奧氏體在板條