15CrMoR鋼的顯微組織與時效沖擊性能
陳廣興1,2，許曉嫦1
(1. 中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083；2. 寶鋼湛江鋼鐵有限公司技術(shù)中心， 廣東 湛江 524072)
摘要：為探索原始組織形態(tài)對15CrMoR鋼時效過程低溫沖擊性能的影響，明確15CrMoR鋼具有高時效沖擊性能穩(wěn)定性的原始組織形態(tài)，通過控制奧氏體化后的冷卻方式獲得了15CrMoR鋼的3種原始組織，使用OM、SEM、EPMA和EBSD等材料結(jié)構(gòu)表征方法和低溫沖擊測試研究了15CrMoR鋼的顯微組織和時效態(tài)低溫沖擊性能。結(jié)果表明，15CrMoR鋼奧氏體化后分別以爐冷、空冷和風(fēng)冷的方式冷卻至室溫，分別獲得了粗大鐵素體+片狀珠光體組織、鐵素體+退化珠光體組織和粒狀貝氏體組織。片狀珠光體組織中碳化物主要呈層片狀，退化珠光體中的碳化物主要呈斷續(xù)短桿狀和顆粒狀，粒狀貝氏體中的富碳M-A島主要沿晶界分布。3種原始組織形態(tài)的15CrMoR鋼在循環(huán)時效過程中均發(fā)生了晶界碳化物析出和長大，導(dǎo)致低溫沖擊性能不斷惡化。當(dāng)晶界碳化物呈鏈狀分布時，15CrMoR鋼的低溫沖擊性能較差。粗大的鐵素體+片狀珠光體組織晶界面積較少，導(dǎo)致晶界碳化物容易呈鏈狀分布；粒狀貝氏體中主要沿晶界分布的富碳M-A島也容易導(dǎo)致晶界碳化物呈鏈狀分布。因此，原始組織為鐵素體+退化珠光體的15CrMoR鋼在循環(huán)時效過程中具有較好的沖擊性能穩(wěn)定性，經(jīng)歷6次循環(huán)時效后，-10 ℃平均沖擊吸收功仍高達196 J；而原始組織為鐵素體+片狀珠光體和原始組織為粒狀珠光體的15CrMoR鋼，經(jīng)歷4次循環(huán)時效后，晶界處已形成呈鏈狀分布的碳化物，-10 ℃平均沖擊吸收功均僅為18 J。
關(guān)鍵詞：15CrMoR鋼； 原始組織形態(tài)； 碳化物； 時效； 沖擊性能
1 引言
鉻鉬合金鋼添加了一定量合適配比的鉻和鉬元素，因而具有較好的抗高溫氧化性及高溫強度，是制造臨氫設(shè)備常用的材料。在鉻鉬合金鋼系列中，15CrMoR鋼的合金元素添加量較少，碳當(dāng)量小，焊接性能較好，而且成本較低、性價比較高，因而作為臨氫設(shè)備用鋼廣泛應(yīng)用于石化和火電等行業(yè)中。
中國提出了二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值并爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和的目標，以應(yīng)對全球氣候變化。為積極響應(yīng)和配合國家的“雙碳”政策，石化、火電等行業(yè)加快了提升設(shè)備效率的步伐，而設(shè)備效率的提升主要依賴于設(shè)備的大型化。大型臨氫設(shè)備用鋼普遍面臨著制造過程如多次長時間焊后熱處理等過程引起的組織老化和性能惡化問題。鋼老化的過程實質(zhì)上是位錯回復(fù)和析出相等微觀結(jié)構(gòu)變化的過程，主要取決于鋼的化學(xué)成分和原始微觀組織結(jié)構(gòu)。Lee Y J等研究發(fā)現(xiàn)，1Cr-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo鋼在時效過程中發(fā)生了碳氮化物演變。韓少強等研究了2.25Cr-1Mo鋼原始組織形態(tài)對鋼時效穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著鐵素體組織含量增加，材料的時效脆化現(xiàn)象變得顯著，筆者對14Cr1MoR(H)鋼的研究也得到了類似的結(jié)論。但迄今為止，鮮有關(guān)于不同原始組織對15CrMoR鋼時效穩(wěn)定性影響的對比性報道。
目前，國內(nèi)鋼鐵廠在生產(chǎn)15CrMoR鋼的過程中通常采用成本較高的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，這是由于采用成本較低的正火(空冷)+回火熱處理生產(chǎn)15CrMoR鋼時，難以把控鋼板厚度與成分的關(guān)系，意味著難以穩(wěn)定控制15CrMoR鋼的正火組織，導(dǎo)致鋼板的力學(xué)性能合格率較低。為此，本文通過控制鋼板奧氏體化后的冷卻方式獲得原始組織不同的3種15CrMoR試驗鋼，研究原始組織形態(tài)對力學(xué)性能的影響，為15CrMoR鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)和安全服役提供參考。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)15CrMoR鋼奧氏體化后分別經(jīng)爐冷、空冷和風(fēng)冷冷卻至室溫，分別獲得了粗大鐵素體+片狀珠光體組織、鐵素體+退化珠光體組織和粒狀貝氏體組織。片狀珠光體中碳化物主要呈層片狀，退化珠光體中碳化物主要呈斷續(xù)短桿狀和顆粒狀，粒狀貝氏體中的M-A島主要沿晶界分布。
(2)原始組織為鐵素體+片狀珠光體和原始組織為粒狀貝氏體的15CrMoR鋼經(jīng)歷4次循環(huán)時效后，晶界處已存在較多且呈鏈狀分布的碳化物；原始組織為鐵素體+退化珠光體的15CrMoR鋼經(jīng)歷8次循環(huán)時效后，晶界處才出現(xiàn)明顯呈鏈狀分布的碳化物。
(3)原始組織為鐵素體+退化珠光體的15CrMoR鋼在時效過程中具有較好的沖擊性能穩(wěn)定性，經(jīng)歷6次循環(huán)時效后，-10 ℃平均沖擊吸收功仍高達196 J；原始組織為鐵素體+片狀珠光體和GB的15CrMoR鋼在時效過程中的沖擊性能穩(wěn)定性較差，經(jīng)歷4次循環(huán)時效后，-10 ℃平均沖擊吸收功均僅為18 J。
