轧后热处理对新型低成本低温用钢的影响

伯希钢

作为性能优异的低温钢材料，奥氏体不锈钢的镍合金元素含量较高；因此其成本昂贵且主要应用于接近-196℃的深低温工作环境中。随着极寒地区建筑结构用钢、工程机械用钢的迅速发展和海洋开发活动的持续加强，开发低成本、低温用结构钢成为钢铁材料研发的重点。微合金化和控轧控冷（TMCP）细晶制备技术是开发低成本、低温用高强度结构钢的重要手段。某公司尝试采用TMCP工艺开发出满足英国BS EN 10210-1-2006《非合金和细晶粒钢热轧结构钢管（空心管材）》标准的新型热轧细晶粒低温低合金钢板。TMCP工艺利用形变和相变强化来改善钢材性能，但是采用TMCP工艺生产的厚钢板，其组织不均匀、性能波动大，因此进行轧后热处理是必不可少的环节。研究正火处理对新型高性能低温钢组织、力学性能及断裂机理的影响对指导实际生产具有重大意义。

研究结果表明：

（1）TMCP试样的强度和屈强比高，易产生应力集中及脆性断裂，低温冲击性能差。正火处理会降低TMCP试样的屈服强度和抗拉强度，不完全正火处理实验的屈服强度和抗拉强度均随正火温度的增加而降低，完全正火处理试样的则随正火温度的增加而提高，正火处理试样的伸长率和夏比V型缺口冲击吸收功变化规律与其强度变化规律相反。920℃完全正火处理试样的综合力学性能最佳，屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为480MPa、7400MPa、20.5%，在-20、-50℃下的夏比V型缺口冲击吸收功分别为45、30J。
（2）TMCP试样的组织为粗大条状铁素体、索氏体和少量针状铁素体，存在明显的珠光体条带。随着正火温度的增加，不完全正火处理试样组织中的针状铁素体逐渐消失，晶粒逐渐细化并伴随等轴化；860、920℃完全正火处理试样的组织为等轴铁素体和珠光体，铁素体晶粒尺寸分别为11.5、12.1μm；待正火温度提高至1000℃时，试样的组织晶粒发生粗化，铁素体晶粒尺寸达到22.7μm，并出现魏氏体组织。
（3）TMCP试样垂直于冲击方向断面宽度没有变化；860、920℃完全正火处理试样，垂直于冲击方向断面已经发生较大的塑性变形，其宽度分别增大至10.52mm和10.36mm。TMCP试样宏观断口平齐，微观形貌中存在大量的准解理小平面和撕裂棱；860、920℃完全正火处理试样宏观冲击断口表面凹凸不平，微观形貌特征为大量尺寸不一的椭圆形韧窝，试样的断裂形式由准解理断裂变为韧性断裂。