不同热处理工艺对9NiCrMo钢组织和性能的影响

高琛辉

摘 要：采用调质工艺生产的9NiCrMo钢具有回火稳定性差、性能合格率低、屈强比高、低温韧性储备不足等缺点。为了解决这些问题，通过进一步不同热处理工艺的调整，系统研究了两相区二次淬火（QQ'T）、调质处理（QT）和循环淬火（QQT）三种不同热处理工艺对钢的成分对组织演变规律及其性能的影响。

关键词：热处理;强度;韧性

NiCrMo系高强韧钢中的很多钢种己经突破了过去低合金钢所定义的范围，但从强度指标、性能特点、主要应用方面及来源等来看，焊接结构用的NiCrMo系高强度高韧性钢，仍然属于低合金的范围。

1. 9NiCrMo钢的性能特点

1.1高的强韧性

强度是结构钢的基本力学性能指标，其中屈服强度是构件设计的依据。9NiCrMo钢要求屈服强度不低于lOOOMPa，规格上板厚为lOmm-120mm。随着钢材强度的提高，产生脆性断裂的风险也相应增加，为了防止高强度钢发生低应力破坏，必须是塑性破坏时吸收能足够大，并且要求足够的塑性储备，因此对钢的韧性，特别是低温韧性提出来更高的要求，纤维断口100%上平台能Eshelf必须在50尺磅以上（6.9kg-M）。

1.2良好的焊接性

焊接性是海洋焊接工程用钢应用性能的重要指标。大型的海洋工程平台都是焊接而成的，例如我国刚刚服役的航母辽宁舰就是一个满载排水量6-7万吨的海上“移动飞机场”。不允许任何一处发生破坏[1]。因此，对焊缝、热影响区与母材等强度和韧性的要求是非常严格。特别是随着钢的强度提高（碳当量也随着提高），焊接越来越困难。且焊接过程大多在室外进行，容易引起焊接热影响区的冷裂纹和层状撕裂，因此获得性能优异的焊接接头十分重要。

1.3低的屈强比

钢的屈强比是指屈服强度和抗拉强度的比值。低的屈强比有利于加工成型，提高冲成率，有较高的结构可靠性，具有较大的抗塑形失稳破坏的能力。目前工程应用中，已经把钢的屈强比作为重要的设计依据，在工程安全性设计中，要求在裂纹产生之前具有一定的塑形变形的能力，这是防止发生突然断裂事故的先决条件。因此为了保证钢材具有足够的塑形变形储备，尽量降低钢的屈强比。

2.研究方法

2.1临界点测试与CCT曲线的测定

钢的临界点是制定热处理工艺的重要依据。将实验钢加工成尺寸为3X10mm的热膨胀实验，本实验采用Formastor-Fn全自动相变仪，测定钢的临界点、连续冷却转变曲线（CCT）。本文研究两相区二次淬火+回火（QQ'T）及循环淬火（QQT）的影响规律（如图1），并同调质（QT）工艺进行了对比。根据经验和实验相结合，选出最佳的热处理工艺，为工业试制提供可靠的理论和实验依据。

图1 9NiCrMo钢热处理工艺图

3.实验结果与讨论

测定9NiCrMo钢的临界点和连续冷却转变曲线对合理制定实验钢热处理工艺，研究其冷却转变过程中组織的变化规律，及工业试制中具有重要的理论实验依据[2]。根据本实验钢的临界相变点测试结果绘制的CCT曲线如图2所示。

图2 9NiCrMo试验钢的过冷奥氏体连续冷却转变（CCT）曲线

不同淬火温度对实验钢的力学性能及组织的影响。对于9NiCrMo钢采用QT和QQT进行热处理。通常这类钢的常规热处理是采用调质热处理方式（QT-淬火+回火），淬火能显著提高钢的强度和硬度，而回火消除淬火形成的残余应力，降低了位错密度，从而使得试验钢具有良好强韧性匹配。但是，这种热处理方式往往造成钢的回火稳定性较差，屈强比较高，实际工业生产难度大等不足。本论文了研究二次淬火（QQ'T）工艺，即在两相区增加一次淬火+回火，对9NiCrMo钢的热处理效果。在保证高的屈服强度和良好的低温韧性的基础上，进一步降低其屈强比，提高其回火稳定性。

对于试验钢分别釆用了淬火+回火的调质工艺（QT）、循环淬火+回火工艺（QQT）和两相区淬火+回火（QQT）工艺进行热处理 [3]。两相区淬火是在AC1-AC3之间增加一次淬火（Q'），在本实验过程中，根据相关文献调研确

定其二次淬火温度在710-780℃范围内，回火温度为500-590℃之间，淬火保温时间为一小时。

4.结束语

本文测定了 9NiCrMo钢的临界点和CCT曲线，并在此基础上系统开展了循环淬火加回火工艺、两次淬火加回火工艺与常规调质工艺对实验钢组织与性能的影响的研究，分析了其显微组织变化规律，探讨了其强韧化机理。

参考文献：

[1]王传雅.钢的亚温处理一临界区双相组织超细强韧化理论及工艺[M].北京：中国铁道出版社.2013.

[2]马广清，于文馨，符莉，等.水韧处理工艺对合金高锰钢组织和性能的影响[J].铸造，2014（4）：303-309.

[3]孔海旺.高锰钢中奥氏体的加工硬化机理[J].铸造设备研究，2013（2）：39-40.