微量元素對鉻鉬和碳錳低合金壓力容器用鋼熱塑性的影響.pdf

1、連鑄連軋技術能夠提高材料的成材率，降低鋼材的生產成本，是20世紀鋼鐵工業(yè)發(fā)展的一項重要革命。隨著近年來電廠規(guī)模的大型化發(fā)展，決定了電廠反應堆堆芯及壓力容器直徑的增大，容器壁厚增加。為了提高鋼的淬透性，通常會在鋼的連鑄過程中加入一定量的合金。研究表明，提高含鋁鋼中的碳元素含量能夠減少鋁的碳氮化物在晶界處的析出，并且能夠細化奧氏體晶粒，提高鋼的熱塑性。但目前針對稀土元素對鋼的熱塑性的影響研究較少。除合金元素外，鋼在連續(xù)鑄造的過程中會殘留著一

2、些難以去除的雜質元素磷和錫等?，F(xiàn)階段關于雜質元素磷對鋼的熱塑性的影響結果和機理存在著兩種不同的觀點，因此磷元素對鋼熱塑性的影響的研究將會是一項有意義的工作。此外，由于材料在冶煉的過程中同時存在著多種微量元素，合金元素和雜質元素對鋼的熱塑性會產生不同的作用效果，而對于多種微量元素對鋼熱塑性的聯(lián)合影響的研究也很少。鋼在連鑄矯直過程中橫向裂紋的產生與鋼的熱塑性低谷相吻合，因此實驗室采用熱模擬拉伸試驗來模擬連鑄工藝過程，以便探究連鑄橫向裂紋產生

3、的原因，并尋求相應的解決方案。
　　本文通過熱模擬拉伸技術以及現(xiàn)代材料分析方法，針對鉻-鉬系和碳-錳系兩種常用的低合金壓力容器鋼，對磷、錫和鈰等單一微量元素對鋼熱塑性的影響機理做了研究，同時研究了元素磷和錫以及鈰和錫對壓力容器鋼熱塑性的聯(lián)合影響，并對兩種元素的聯(lián)合作用機理進行探討。主要研究內容及成果如下。
　　采用Gleeble-1500D熱模擬試驗機分別對未添加微量元素和添加不同微量元素（P、Sn、P+Sn、Ce和Ce+S

4、n）的1Cr-0.5Mo鋼，未添加微量元素和添加不同微量元素（Sn和Ce+Sn）的C-Mn鋼進行熱模擬拉伸試驗。將試樣加熱至1300℃，保溫3分鐘后以5℃ s-1的速率冷至不同的試驗溫度，進行拉伸變形，以得到試樣的斷面收縮率（RA）用于表征材料的熱塑性。隨后采用掃描電子顯微鏡（SEM）、光學顯微鏡（OM）、電子背散射衍射技術(EBSD)、場發(fā)射掃描透射電子顯微鏡（FEGSTEM）對斷裂區(qū)的組織進行分析，利用納米壓痕技術對鋼的晶界區(qū)域的硬

5、度進行測量，并使用FEGSTEM技術測量不同試樣加熱變形區(qū)晶界處微量元素的偏聚濃度。實驗結果顯示，雜質元素磷能夠提高1Cr-0.5Mo鋼的熱塑性。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)內，磷能夠對晶界鐵素體起到固溶強化作用，降低鐵素體與奧氏體間的強度差，使兩相之間的變形協(xié)調性增加，從而提高鋼的熱塑性。在奧氏體單相區(qū)，磷能夠促進奧氏體的動態(tài)再結晶過程，從而提高鋼的熱塑性。當鋼中存在雜質元素錫時，錫原子會在熱加工過程中偏聚到晶界而降低鋼的熱塑性。將微量磷添

6、加到含錫鋼中，磷對鐵素體的固溶強化作用以及對奧氏體動態(tài)再結晶的促進作用不會受到錫的影響，并且磷原子在晶界處的偏聚會抑制錫原子的偏聚，從而抑制錫對鋼熱塑性的負面影響，提高鋼的熱塑性。
　　鉻-鉬鋼中加入微量稀土鈰也會使鋼的熱塑性得到改善。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)，鈰能夠推遲沿原奧氏體晶界處析出先共析鐵素體；在奧氏體單相區(qū)，鈰原子在晶界處的偏聚能夠增加晶界的內聚力，抑制晶界滑移，從而提高鋼的熱塑性。
　　含錫的鉻-鉬鋼中添加微量稀

7、土鈰可以改善鋼的熱塑性。鈰原子在晶界處的偏聚抑制了晶界滑移，減少了由于錫原子晶界偏聚所引發(fā)的負面影響。鈰添加到含錫的碳-錳鋼中也可以提高鋼的熱塑性。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)內，雜質元素錫能通過提高Ae3溫度來促進先共析鐵素體的形成，導致碳-錳鋼的熱塑性低谷加寬，而鈰可以通過影響形變誘導鐵素體的動力學過程來推遲鐵素體的生成，因此含有鈰和錫的碳-錳鋼的熱塑性低谷區(qū)的寬度并沒有受到影響。同時鈰原子在晶界處的偏聚能夠抑制錫原子在晶界處的偏聚，從而