7Ni钢最佳中间淬火温度的研究★

2021-05-26王彩焕马有光王育田孟传峰梁建宇卫英慧

山西冶金 2021年2期

王彩焕，马有光，王育田，孟传峰，梁建宇，卫英慧

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003；2.太原理工大学，山西太原030027）

山西太钢不锈钢股份有限公司（以下简称太钢）自主开发研制出镍系低温用9Ni钢后，直接带动了我国LNG接收站建设的发展，目前国产9Ni钢质量稳定优良，国内LNG接收站用储罐基本为国产9Ni钢制造。近期国内外在9Ni钢的基础上，不断开发新型节镍钢，以进一步降低储罐建设成本。

太钢研制开发的7Ni钢，就是9Ni钢的替代产品之一。太钢通过攻关，生产出了钢质纯净的新型镍系低温用7Ni钢，并对钢板的轧制工艺、淬火工艺、回火工艺都进行了深入分析实验，认为7Ni钢通过QT（一次淬火+回火）热处理和QLT（一次淬火+中间淬火+回火）热处理均能获得较好的的性能。本文分析了7Ni钢在QLT热处理时，最佳中间淬火（L）工艺对钢板抗拉强度和冲击韧性的影响。

1 材料及试验方法

实验钢的成分为w(C)=0.04%、w(Mn)=0.75%、w(P)=0.001 6%、w(S)=0.001%、w(Ni)=7.0%，其余为适量的Si和其他微合金元素。将坯料轧制成28 mm厚度钢板，终轧温度选择800~850℃，轧后冷却速度为5℃/s[1]。7Ni钢板热处理后性能要求见表1。

表1 7Ni钢板热处理后性能要求

沿试验钢板横向切取拉伸试样和冲击试样，取试样在实验室全部进行830℃×30 min的保温并水冷，之后经660~750℃×40 min的保温并水冷，再将所有试样进行590℃×60 min保温回火后空冷。

将不同热处理工艺的试样分别在电子拉伸试验机和摆锤式冲击试验机上进行常温拉伸试验和-196℃夏比V型缺口冲击试验，并利用金相显微镜观察了热处理后钢的金相组织，采用PHILIPS SEM－505扫描电镜观察热处理后钢板的SEM形貌，并通过X射线衍射仪分析了钢板的回转奥氏体含量。

2 试验结果及分析

图1 7Ni钢不同中间淬火温度下钢板强度和冲击功

图2 一次淬火+不同温度中间淬火+590℃回火后的试样金相组织（500×）

3 试验结果讨论

本次选择的一次淬火温度为830℃[2]，这淬火温度保证钢板完全奥氏体化并且不会晶粒粗化，回火温度为590℃[3]，该回火温度一般认为是回火马氏体逆向转变为奥氏体的最佳温度。图1为QLT工艺下，不同中间淬火温度下钢板强度和冲击功，均满足表1中7Ni钢板热处理后性能的要求。图1-2显示不同的中间淬火温度对冲击功的影响较小，冲击功都能保持200 J以上，但690℃的中间淬火温度下冲击功最高；图1-1中间淬火温度对屈服强度和抗拉强度影响较大，其中660℃的中间淬火温度下，钢板屈服强度表1要求相比，余量较小，而720℃以上时，钢板强度升高，且屈强比偏高，在690℃时，钢板的强度既有一定余量并且屈强比较低，钢板的安全性较高。所以，本次实验中，690℃是最佳中间淬火保温温度。

表2 钢板热处理后回转奥氏体含量测试

图3 一次淬火+不同温度中间淬火+590℃回火后的试样电镜组织照片（5 000×）

图4 一次淬火+不同温度中间淬火+590℃回火后的试样电镜组织照片（5 000×）

由前期研究可知，7Ni钢与9Ni钢的CCT曲线、显微组织和力学性能均相近[4]，故当钢板的成分、热轧状态一致的情况下，7Ni钢是通过热处理后的组织调控来优化钢板性能的。

对于强度而言，钢板的回火马氏体和回火索氏体比例决定了钢板的强度和屈强比。从图2 QLT热处理后钢板的金相组织照片可以看出，随着中间淬火温度提高，钢板的组织依次为回火索氏体为主、回火索氏体+回火马氏体混合组织、回火马氏体为主，即钢板的回火索氏体含量随着中间淬火温度的提高而减少，回火马氏体含量增加，导致强度不断提高，屈强比升高。根据Fe-Ni相图以及实际生产测定结果，7Ni钢的Ac3温度约为732℃，Ac1温度约为610℃，也就是说，690℃能够保证钢板加热后稳定处于两相区。

图3 和图4是一次淬火+不同温度中间淬火+590℃回火后的试样电镜组织照片，也印证了图2显示的结论。图3-1和图3-2的中间淬火温度分别为660℃、750℃，钢的组织分别为回火索氏体为主和回火马氏体为主，而图4-1和图4-2为中间淬火温度为690℃时的不同位置的照片，是一种混合组织。

对于冲击韧性而言，逆转变奥氏体的数量是控制低温冲击功的关键因素。中间淬火稳定处于两相区时，使得一次淬火后的残余奥氏体转变为二次淬火马氏体，有利于增加回火过程中逆转奥氏体的数量，并促进其均匀分布，因此低温冲击韧性有所提升，从表2中钢板热处理后回转奥氏体含量可以看出，当中间淬火温度为690℃时，回转奥氏体含量最高，达到约9.8%，对提高冲击韧性效果最好。当中间淬火温度为750℃时，已经高于Ac3点，相当于重新加热到奥氏体区淬火，失去了中间淬火的作用。