电渣重熔对32mn-7cr-1mo-0[1].3n奥氏体钢低温冲击韧性的影响

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1、电渣重熔对32Mn-7Cr-1Mo-0.3N奥氏体钢低温冲击韧性的影响付瑞东　杨文改　郑炀曾摘　要　电渣重熔32Mn-7Cr-1Mo-0.3N奥氏体钢，在77K下的Cv=132J,显著高于重熔前的性能，重熔钢夹杂物数量减少且分布均匀，此时的断口为准解理特征。关键词　电渣重熔　高锰奥氏体钢　低温冲击韧性EffectofESRonCryogenicCompactToughnessofAusteniticSteel32Mn-7Cr-1Mo-0.3NFuRuidong,YangWengaiandZhengYangzeng(Mate

2、rialandChemistryInstitute,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004)Abstract　TheimpactenergyCvofESRausteniticsteel32Mn-7Cr-1Mo-0.3Nat77Kwas132J,andobviouslyhigherthanthatofun-ESRsteel.AfterESRtheinclusionamountinsteeldecreasedwithhomogeneousdistribution,andthecharacteri

3、sticoffractureofsteelwasquasi-cleavage.MaterialIndex　ESR,HighMnAusteniticSteel,CryogenicImpactToughness　　超导装置用结构材料必须具有良好的低温强度和韧性，传统的300系列奥氏体不锈钢已不能满足要求。目前作为超导装置用的结构材料是含镍的Fe-Mn-Ni-Cu-Mo-N系列和Fe-Mn-Cr-Ni-N系列高锰奥氏体钢［1，2］。近年来，为节约贵重的镍金属，国内外对不含镍的氮强化高锰奥氏体钢进行了广泛的研究。然而，这种高锰奥氏

4、体钢在低温下存在沿晶断裂的问题［3］，严重阻碍了这种新材料在低温领域的应用，为此急需找到解决这一问题的方法。本文通过选用合理的化学成分并采用电渣重熔的方法从根本上解决了这一问题，并对控制这类低温钢低温韧性的冶金及组织结构因素进行了分析和讨论，以推动我国超低温钢的研究。1　试验材料及方法　　试验用钢在大气条件下于60kg感应炉冶炼后，浇铸成两个25kg钢锭，其化学成分见表1。把其中一个钢锭加热到1200℃后，用1t蒸汽锤锻成120mm×390mm×20mm板材；另一个钢锭被热锻成Φ25mm的电极，而后进行电渣重熔，所用电渣成

5、份为CaF2∶Al2O3=7∶3，结晶器为Φ130mm×300mm圆柱状，将20kg重熔锭加热到1180℃，用蒸汽锤分3火锻成120mm×600mm×12mm板材。上述2种钢板经1150℃×2h固溶处理后，均进行水冷和缓冷。沿垂直于主变形方向加工成10mm×10mm×55mm的V型缺口冲击试样，而后进行77K下的冲击试验。利用H-800透射电镜和KYKY-1000扫描电镜分别对试样变形区的微结构及断口形貌进行观察。2　试验结果2.1　冲击试验结果　　从图1的试验结果可以看出，钢经电渣重熔后，不论是水冷还是缓冷，其77K下

6、的冲击性能均比重熔前显著提高。图1　32Mn-7Cr-1Mo-0.3N钢电渣重熔前后77K下的冲击性能Fig.1　Impacttoughnessat77Kforsteel32Mn-7Cr-1Mo-0.3NbeforeandafterESR2.2　SEM和TEM观察结果　　电渣重熔前的冲击断口大部分为准解理断口，但断口边缘存在沿晶断裂特征(见图2a)。图2b为重熔前粗大的夹杂物。图2c为重熔后经水韧处理的冲击断口形貌，整个断口均为准解理特征。图2d为重熔后的夹杂物形态，可见夹杂物已得到明显的细化。表1　试验材料的化学成分/%

7、Table1　Chemicalcompositionsofmaterialtested/%试样CSiMnCrMoSPNH/×10-6夹杂物电渣重熔前0.0360.4830.527.610.780.0040.0140.314.90.1021电渣重熔后0.0300.2629.747.580.800.0030.0130.273.10.0398　　对重熔后冲击断口变形区进行了TEM观察，总的印象是孪晶较多，但孪晶内的位错较少。3　结果分析及讨论　　目前，国内外有关无镍高锰奥氏体低温钢的研究结果表明：这类钢水韧处理后，在超低温变形时

8、存在沿晶断裂的问题，从而导致冷脆现象和极低的低温韧性［4］。本文所研究的32Mn-7Cr-1Mo-0.3N钢经1150℃固溶处理后，不论是水冷还是缓冷，其77K的性能均较低，而且在断口的边缘出现了沿晶断裂(见图2)，这与上述研究结果是一致的。目前对于这种现象仍未得到明确的解释［5，6］，对于Fe-Mn二