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    上海博迅分析錳鋼的氫脆敏感性

    返回列表 來源:未知 發布日期:2019-09-20 13:35【

    近年來,中錳鋼因具有優異的強塑積(抗拉強度與斷后伸長率的乘積)同時經濟性及可制造性而得到了越來 越 多 的 關 注。中錳鋼通常含有質量分數 3%~10%左右的 Mn元素,在熱軋或冷軋后的組織 為馬氏體,經過α+γ兩相區逆轉變退火處理而獲得 超細的鐵素體+亞穩奧氏體的復相組織,其中的亞 穩奧氏體體 積 分 數 最 高 可 達60%。這些 亞 穩 奧 氏 體在拉伸形變過程中逐步發生 TRIP(Transforma- tion-inducedplasticity)效應,從而獲得抗拉強 度 為 800~1600MPa、斷后伸長率為20%~70%、強塑積 為25~50GPa·%的優異力學性能。

    1 實驗材料和方法

    實驗材料為工業試制的0.1C-5Mn鋼熱軋鋼板 (厚6.0mm),其化學成分(質量分數,%)為:C0.1, Mn5.0,Si0.01,Fe余量。通過 Thermal-Calc軟件 (TCFE8數據庫)計算了實驗鋼 Ae1和 Ae3溫度分別 為610℃和740℃。對該熱軋板在實驗室電阻爐中 進行650℃的兩相區退火處理,保溫時間分別為5 min(編號為 TG7)和30min(編號為 TG8),隨后空 冷至室溫。為了模擬鋼板表面處理過程中溫度升高 的影響,將一部分退火30min的試樣加熱到500℃ 進行回火處理,保溫時間為60min,隨后空冷(編號 為 TG8-500)。此外,為考察變形后中錳鋼的氫脆敏 感性,將其余的退火30min試樣沿著鋼板軋制方向 取板狀拉伸試樣(寬度5mm、厚度1.5mm、標距15 mm),在 SUNS/UTE5305 型 材 料 試 驗 機 上 進 行 5%預變 形,拉 伸 速 率 為 1mm/min(編 號 為 TG8- 5%)。上述實 驗 鋼 的 處 理 工 藝 如 圖 1 所 示。對 于 TG7及 TG8-500樣,沿著鋼板軋制方向取板狀拉伸 試樣(寬度5mm、厚度1.5mm、標距15mm)。

    采用ZeissEVO18型掃描電子顯微鏡(SEM) 和 HITACHIH-800型透 射 電 鏡(TEM)觀察 不 同處理狀 態 試 樣 的 微 觀 組 織 形 貌,加 速 電 壓 為 200 kV。從試樣上線切割0.4mm 厚的薄片,在砂紙上 均勻磨到40μm 以下,并沖成直徑為3mm 的圓片, 然后在電解減薄雙噴儀上進行電解拋光,雙噴溶液 為6%(體積分數)高氯酸酒精,溶液溫度為-20℃。 采用 日 本 理 學 D/MAX 2500 型 X 射 線 衍 射 儀 (XRD)測定實驗鋼中的奧氏體含量,選用 Cu靶,步 長為2(°)/min,XRD試樣尺寸為2mm×5mm×10 mm,用 砂紙手工磨光后進行電解拋光。

    2 實驗結果

    實驗鋼經 650℃ 兩相區等溫退火 5min(TG7 樣)組織為板條狀,且存在大量白色顆粒狀組織。實驗鋼經過30min兩相區退火后再經500 ℃回火(TG8-500樣)后,其微觀組織與 TG7有明顯 區別,板條狀組織不明顯且在原奧氏體晶界上有大 量白色顆粒狀組織。兩相 區 退 火30min 的試 樣 經 過 5% 預變 形(TG8-5%樣)后其 組 織 與 TG7類似,為板 條 狀 組 織。鑒于 SEM 分辨 能 力 有 限,為 觀 察 實 驗 鋼 中 板 條狀組織和奧氏體晶界處的碳化物,采 用 TEM 對 實驗鋼的微 觀 組 織 形 貌 進 一 步 分 析,如 圖 3 所 示。TG7樣板條狀組織為奧氏體 (黑灰色)+鐵素體(灰白色)組成的兩相組織,板 條較為細小,在馬氏體板條束界和原奧氏體晶界處 還形成少量等 軸 狀 奧 氏 體。可 見,3 種 實 驗 鋼 在105~140℃ 附 近 有 一 較 強 的 氫 逸 出 峰, 在350℃附近 有 一 較 弱 的 氫 逸 出 峰。 鋼 中 的 氫 一般可分為可擴散氫和非擴散氫,通 常 認 為 低 溫 側逸出的氫為室溫可擴散性氫(大 約 300℃ 以 下逸出 的 氫),而 高溫逸出的氫為室溫不可擴散性 氫,且鋼的氫脆敏感 性主要受可擴散氫的影 響。

    3 分析討論

    對此,上海博迅通過上述分析得出影響高強度鋼氫脆敏感性的主要因素包括應力、可擴散 氫 含 量 及 組 織 和 強 度 水 平 等 材 料 特 征。 TG8-500樣強 度 水 平 最 高,可擴散氫含量居中, 但其氫脆敏感性卻最低,這顯然主要與這3種實驗鋼的組織特征有關,即回火處理及預變形影響實驗 鋼的微觀組織及氫吸附逸出特征,進而影響其氫脆 敏感性。值得注 意 的 是,3種 不 同 狀 態 實 驗 鋼 的 強 塑積差異較 小。這表 明,適當的回火處理在 不明顯降低強塑積的提前下,可大幅度地降低實驗 鋼的氫脆敏感性;而較小的預變形盡管使氫脆敏感 性有所提高,但強塑積變化不明顯。




     


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