国产5Ni钢性能和组织结构 与热处理工艺关系的研究
胡素坤鲁彦平
摘 要
学性能间的关系.结果表明，为了获得具有高强度、高韧性、可焊接的新型耐压壳体用结构蜗， 本研究采用观察、分析方法，综合研究了不同熟处理条件下5Ni钢的微现组织结构和宏观力必须采用适宜的热处理工艺制度，即：900±10℃萍火650C高温回火.
一、前
的化学成分系，还需选择适宜的冶炼、加工和热处理工艺制度.诚然，钢的化学成分、加工 为了研制一种新型的高强度、高韧性、可焊接的耐压壳体用结构钢，首先必须设计合理工艺对钢的微观结构和宏观的力学性能有着明显的影响.然而热处理制度对钢的相组成和成分要有决定的作用，进而决定钢的宏观力学性能.
结构和宏观力学性能的作用.经过反复试验研究后发现，采用调质热处理工艺制度，即率火、 本研究利用各种观察、分析方法，综合研究了不同热处理工艺制度对5Ni钢的微观组织再经过高温回火的热处理工艺制度，可使5Ni钢获得高强度、高初性、可焊接等良好力学性能.
二、试验研究方法和结果
试验用钢是采用抚顺钢厂的碱性电弧炉冶炼的钢锭，在鞍钢开坏轧制成20、30、40mm厚钢板.热处理制度为900C泽火后，经不同的温度、不同保温时间的回火处理.热处理温度与力学性能的关系曲线如图1所示.图中表明，5Ni钢经900C泽火650℃回火时的抗拉率为60~68%；-20℃夏比冲击吸收功Akv达到140J，可以认为5Ni钢其有高强度、高 强度a和屈服强度分别为：970~1310MPs和800~1080MPa；伸长率3为17%，断面收缩性的良好综合性能，是一种理想的耐压壳体用结构钢.
5Ni钢经900C辩火后，通过光学显微镜和透射电镜观察，发现其显微组织为典型的低镜下呈块状（见图2a），在透射电镜下，可清晰看到板条群的基本单元，并可辨认出各板条小 碳板条马氏体（图2）.图2所示的马氏体被此排列成群，构成板条束，这些板条束在光学显微
图1国火温度与力学性能关系曲线
图2泽火组织
角度或大角度亚晶界的晶界面及板条中的亚结构.
众所周知，经津火后形成的低碳板条马氏体，通常会产生自回火现象，因此在板条状马氏体晶界内出现了弥散分布的细小的碳化物，即.-碳化物，经穆斯堡尔谱仪和x光衍射仪测出，萍火态的5Ni钢中尚有约2%左右的残余奥氏体.实测表明，具有上述火态组织的
5Ni钢其力学性能显然是强度高、韧性低.呈现这样的性能，不能视为是理想的结构钢.为获得高强度、高韧性良好匹配的结构钢，势必须再进行热处理，以改善共韧性.
为了获得高强度、高性的5Ni钢，采用了调质处理，从而得到了较好的效果.将5Ni钢首先经900±10C水泽，然后分别采用低温（200℃）直至高温（650C）回火，其结果显著不同，见图1.
图1中所示的低温回火后的5Ni蜗的力学性能表明，其届服强度、硬度HB值
图35Ni钢200°c火后的显微组织（38000×）
均较高，而夏比冲击韧性值和伸长率均偏低.图8示出了200C低温回火后的显微组织基本上与率火态相同，只是试样腐蚀后，组织较黑，井无显著变化.
从图1还可看出，火态的5Ni钢随着回火温度的不断升高，其宏观力学性能则发生了明显的变化.屈服强度a、硬度HB值均有所降低；断面收缩率、伸长率8和夏比冲击吸收功均有升高，以致达到了峰值.图1还表明，经高温回火后，钢的力学性能已达到高强度（ds=800~940MPa）、高韧性（-20℃Ar=140J）的良好匹配.显然，获得这种良好的综合性能，表明所选择的热处理工艺制度是合理的.因为它使5Ni钢的显微组织发生了明显 的变化.
三、讨论
这时钢的强度和硬度均很高，而塑性和韧性却很低.钢经200℃低温回火后，其显微组织结 5Ni钢经900C率火后，其显微组织为板条状马氏体、c-碳化物、残余奥氏体所组成，构并未发生明显的变化，即仍然保留板条状的马氏体的特征（见图3），虽然有些“碳化物析出，也只是起弥散强化作用，所以此时钢的强度高而韧性低.
均发生了明显的变化.出现了高强度和高韧性的良好匹配.通过透射电子显微镜的观察发 同样经过900C率火的5Ni钢，再经不断升高的温度直到650C高温国火，其强度和韧性
图4淘温回火后马氏体形态（38000×）
图5温回火回复再结品组织（38060×）
现，这时5Ni钢的显微组织结构发生了变化，主要表现在板条马氏体的板条晶增宽，板条品结晶的初始阶段（见图4）.有些区域则呈现板条特征已基本消失、亚晶合并已完成了的多 界现已不很清晰，有的几乎趋于消失：亚晶界开始合并并呈多边形化，板条品体处于回复再边形化，标志着回复再结品过程已完成（见图5）.
通过透射电子显微镜观察到，在板条品界上分布着一定数量的碳化物颗粒.电子衍射花样结果表明，这些碳化物主要是Fe:C（见图6a、b）和CraC（见图7a、b）.上述结果是经指标化后与标准卡核对得出的.
图6板条晶析出的FeC颗粒及电子衍射花样
图7数条品析出的CrC，颗粒及电子衍射花样
5Ni钢摔火，经不同温度和不同保温时间回火热处理后，其奥氏体转变量是不同的.经穆斯堡尔谱仪和x射线衍射仪分析结果表明，随回火温度增高奥氏体含量亦增加：在同一温度下，随着保温时间的延长，奥氏体含量也有所增加.如在580℃回火时，奥氏体含量为0.2%；在650C回火时，钢中类氏体含量则增至5%，在此温度下，延长保温时间奥氏体的含量增加不甚明显，可见这部分奥氏体为逆转奥氏体.详见表1.
表1 奥氏体转变量（%）与温度和时间关系
度 保 时 （秒)c 1 2 15 30550 0 08 0 10 0 11 0 11 0 11580 0 18 0 19 0 19 0 20 0 20610 0 20 0 21 0 22 0 23 0.23630 0.22 0 24 0 25 0 26 0 26650 0 25 0 27 0 29 0 30 0 300 73710 0 43 0 56 0 67 0 82
四、结 论
5Ni钢经900±10℃泽火（水冷），经200℃低温回火，其显微组织结构较率火态变化并不显著，基本上是属于：板条马氏体e-碳化物所构成的回火马氏体，因此5Ni钢呈强度高、韧性差的状态：但是将回火温度升高控制在650C时，其显微组织结构与泽火态相比却发生 了明显的变化，即由回复再结品的板条马氏体细小的碳化物（FesC，CrusC）逆转奥氏体所组成的多相组织，我们称之为回火索氏体.这就是5Ni钢强度高面韧性也得到改善的内在原因.
钢的显微组织和力学性能间的关系的研究工作、尚需在今后的研究工作中，进一步进行深人的研究和探讨，以获得最佳的热处理工艺制度，获得综合性能更加良好的5Ni钢.
（参加本研究工作的还有张祥、曹雅林、王栋林、石香俊、孟宪亮、张广才和杨之勇等同志）
参考文散
[1]马玉璋：《穆斯堡尔谱学》北京钢铁学院 [2]崔昆：《钢铁材料及有色金属》华中工学院[3]《钢铁热处理》原理及应用
