回火温度对astma517力学性能影响分析

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1、回火温度对ASTMA517力学性能影响分析李心砚石磊中国一重集团海洋工程事业部116113摘要研制大厚度ASTMA517钢板锻件，并在奥氏体化温度一定的情况下对ASTMA517进行热处理模拟试验，根据回火温度不同，制定三种热处理方案，测试不同热处理条件下锻件的强度和冲击韧性，并分析热处理（回火）温度对材料组织及力学性能的影响，从而确定ASTMA517的最佳热处理工艺。关键词ASTMA517热处理力学性能金相组织自升式平台由于定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地位。桩腿是自升式平台的关键结构部件，对

2、于保持平台平衡和稳定作业起决定作用。因此开发研制自升式平台桩腿用材料具有广泛的市场前景。齿条板是桩腿主要构成，齿条板材料要求具有高强高韧的特性。齿条板材料ASTMA517—ft依靠国外进口。近几年，国内已有钢厂开发ASTMA517轧制板材，但轧制高强钢板材能力有限，A517板材尚未有150mm厚度以上的应用实例。我们试制了大厚度ASTMA517板材，并对其热处理工艺进行分析研究，最终确定了合理的热处理工艺。•试验材料及方法ASTMA517属于低碳高强钢，根据ASTM和ABS规范要求，屈服强度为690MPa,抗拉强度为770

3、-930MPa，且在・40°C时纵向冲击韧性≥69J,横向冲击韧性≥46J,对于低碳合金钢来讲其要求十分严格。按照ASTMA517规范要求的化学成分（见表1）炼制钢水，浇注成锭，并锻造成钢板。表1ASTMA517化学成分[3]对ASTMA517锻钢板进行调质热处理，根据回火温度不同，制定三种热处理方案（见表3）,分别编号1,2,3。调质热处理采用热处理专用电炉。经过调质热处理后，分别对三组试样进行拉伸和冲击韧性测试。拉伸温度为室温（20°C）,取样位置为垂直主锻造方向。冲击韧性测试温度分别为室温（20°C）,・

4、30°C,・40°C和・60°C,测试方向沿主锻造方向（纵向）。表3ASTMA517热处理（调质）参数试验结果及分析热处理性能检测结果将经过热处理的三组试样力学性能测试的结果做比较，列于图中（见图l）oa）强度对比b）冲击韧性对比图1三种热处理方案力学性能对比从三种热处理方案的性能结果对比可以看出，屈服强度和抗拉强度随冋火温度的升高而降低，而冲击韧性随冋火温度的升高而增加。其中试样2具有较好的强韧性，满足齿条板各项性能要求。ASTMA517经淬火后，材料内部存在复杂的内应力，使试件的尺寸不稳定，还会导致变形或者开裂，必须通

5、过及吋冋火来消除或降低。高温冋火会促进淬火后亚稳的的马氏体和残余奥氏体分解成铁素体和渗碳体。渗碳体弥散分布于铁素体基体中，起到弥散强化的作用，但是随着冋火温度的提高，碳化物聚集长大，且铁素体基体内位错密度减少，强化作用减弱，造成材料的强度下降。当在较高温度下冋火时，虽然铁素体和渗碳体都有一定程度的长大，但球化成粒状提高了材料的冲击韧性。综合以上热处理试验，试样2的热处理工艺能够有效的同吋保证材料的强度和冲击韧性。热处理工艺对金相组织的影响试样1经540-580°C高温冋火后，获得粒状贝氏体与板条贝氏体混合的贝氏体冋火组织（

6、见图2（a））o材料内部晶粒粗大，存在一定程度的混晶。平行的贝氏体板条束内分布不连续的条状碳化物，相邻板条束间分布着组织以及聚集长大析岀的碳化物。原始奥氏体晶粒间还存在着残余奥氏体或者偏聚的未溶碳化物，占据了大部分晶界，高倍下呈网状分布。图2金相图片（500倍）a）试样1；b）试样2；c）试样3粗大的板条束利于位错的滑移，减弱强化作用，且晶界上较硬的不连续偏聚碳化物会加剧裂纹的扩展，因此这种组织的低温冲击韧性较低。此外，贝氏体板条束间的硬脆碳化物，超过微裂纹萌生的临界尺寸，导致外力作用时易在这些硬脆相与基体的界面上萌生微裂

7、纹，并随解理面快速扩展而导致其冲击吸收功较低。另外试样1中贝氏体板条束具有明显的方向性，增加了材料的脆断倾向。试样3的晶粒度增大，口均匀化程度提高（见图2（b））,材料组织同为贝氏体冋火组织。贝氏体板条束间距减小，相界面增多，裂纹扩展的阻力增大,因此材料的冲击韧性提高。但是材料中析出的碳化物减少，碳化物的弥散程度降低，这使得强化作用减弱，因此造成了材料的强度下降。从试样2的金相组织可以看出（见图2（c））贝氏体尺度与试样3相当,但组织内碳化物密度明显增加。拉伸时，碳化物能够起到阻碍位错运动的作用,使强度得到明显提高，达到规

8、范要求，并口为材料的后续塑性加工留有裕量。由此可以确定齿条板材料ASTMA517的调质热处理冋火温度宜选择在580-620°C范围内。•结论1）ASTMA517材料进行调质热处理时，高温冋火温度不宜过高，经过热处理模拟试验确定，冋火温度选定在580-620°C较利于同吋保证材料的强度和低温冲击韧性。2）