海洋平台用E690钢高效调质热处理技术的研究

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为制定更高效的E690钢调质热处理工艺,本文利用差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)研究了E690钢的加热速度对奥氏体化过程的影响;对连续加热过程中的铁素体向奥氏体的转变进行了基于JMAK模型的动力学分析;通过内耗技术分别对连续加热奥氏体化阶段和回火阶段中的碳化物溶解与析出量进行研究,并通过P参数法建立回火方程,研究回火后的硬度和冲击值与P参数的关系,从而制定更高效的调质工艺,并对经优化后调质工艺热处理后的显微组织与各项力学性能进行分析。对E690钢连续加热奥氏体化相变行为研究表明:连续加热时的奥氏体转变过程主要包括两个阶段,即铁素体向奥氏体转变阶段和渗碳体溶解阶段;加热速度越大,转变开始温度和转变终止温度越高,奥氏体形成速度越快,奥氏体转变的最大速率增大,奥氏体形成所需的时间明显缩短,相变速率的峰值与加热速度符合如下关系:14.0118.010943.6/24max++′-=-VVdtdf。对连续加热奥氏体化过程中的铁素体向奥氏体的转变动力学分析表明:基于DSC实验数据,采用Kissinger方法以及JMAK方程,计算获得的奥氏体化动力学参数,用这些参数预测了E690钢在两相区等温奥氏体化时间与奥氏体转变分数的关系。用内耗法对预测结果进行了验证,实测结果与预测结果有较好的吻合。内耗研究结果表明,在连续加热奥氏体化过程中,在铁素体向奥氏体转变结束后,渗碳体的溶解在更高的温度进行;在871℃保温5 min奥氏体化,碳化物可完全溶解,且奥氏体均匀化情况良好,奥氏体晶粒的没有明显粗大。对回火温度与时间对碳化物析出量的影响研究表明:相同的回火时间,回火温度越高,钢的SKK内耗峰强度降低越显著,说明碳化物的析出量越多;在较高温度650℃与690℃回火,内耗结果表明碳化物在20 min可完全析出,保温20 min与保温40 min硬度趋于稳定值不随保温时间变化。对经回火温度对显微组织的影响表明:淬火态E690钢的组织为板条贝氏体,随着回火温度的增加,贝氏体板条束逐渐合并致板条界面模糊,同时多边形铁素体组织及碳化物析出量增加;随着回火温度的增加,钢的显微硬度值先缓慢减小后趋于平衡。根据P参数法建立的回火方程H=157.72-0.0071T(20.546+1gt)具有良好的拟合效果,能够准确地反映不同工艺参数的组合对回火力学性能的影响。以上研究结果为制定高效的调质工艺提供了技术支持,说明通过科研研究,可以做到通过适当缩短奥氏体化过程的在炉时间及回火过程的在炉时间来提高调质热处理过程的效率,优化后的调质工艺为:875℃奥氏体化10分钟淬火,经650℃回火200分钟后空冷至室温,经优化后调质工艺热处理的试验钢组织为回火索氏体,横向与纵向各处回火组织均匀,各向力学性能指标均符合船体用钢规范要求,与原调质工艺相比,热处理效率提高了30%。
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