0Cr13Ni5Mo马氏体钢晶粒细化的研究

论文摘要

近年来,为了满足直径日益增大(2~2.8m)的大型锻件的力学性能及热处理工艺的要求,在大型锻件的生产中普遍采用了一系列过冷奥氏体稳定性极高的高淬透性钢种。这种钢含碳量很低,Cr、Ni含量较高,淬透性极好,因而室温为非平衡组织(如:马氏体)。然而,这些大型锻件的热处理因为粗大奥氏体晶粒的组织遗传而变得异常困难。目前,常用的消除组织遗传性的方法是通过控制加热速率、保温温度和保温时间等来抑制奥氏体化过程中在两相区低温侧针状奥氏体的形核,并促进两相区高温侧球状奥氏体的形核来打破组织遗传性的。然而,这种方法因为大型锻件的尺寸、质量巨大而难以应用。0Cr13Ni5Mo是一种用于某发电厂涡轮转子的马氏体钢。不同的保温温度、保温时间和加热速率等因素对0Cr13Ni5Mo钢晶粒细化有一定的影响。本文重点研究了适合于大型锻件的慢加热速率下分段加热时的晶粒细化问题,为工业应用和理论研究提供了一定的依据。在10℃/min升温速率下的单次高温正火试验中:0Cr13Ni5Mo钢奥氏体自发再结晶开始的温度在830℃左右,结束的温度在950℃左右;在不同保温温度下保温2h的实验结果显示,1000℃保温2小时的晶粒较细,随着保温温度的升高,晶粒又有长大的趋势;在不同加热速率下950℃保温2小时的实验结果显示,随着加热速率的降低,晶粒逐渐细化;在950℃下保温不同时间的实验结果显示,950℃保温4h后,晶粒变得细小,但是随着进一步延长保温时间,晶粒变得粗大。分段加热能有效地细化0Cr13Ni5Mo钢的晶粒。在0.6℃/min,0.4℃/min和0.1℃/min三种慢加热速率下的实验结果表明:加热速率对该钢种的晶粒细化的影响比较显著;0.6℃/min的加热速率下750℃保温4h的分段热处理可以得到比较细小的组织。两相区高温侧保温温度的变化对最后组织的影响远远小于加热速率的变化对最后组织的影响;750℃上下波动15℃对热处理结束后组织的影响不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 大型锻件的主要特点
• 1.1.2 大型锻件的锻后热处理
• 1.1.3 大型锻件的晶粒细化
• 1.2 奥氏体的形成长大及奥氏体相变再结晶
• 1.2.1 奥氏体的形成
• 1.2.2 影响奥氏体形成速度的因素
• 1.2.3 奥氏体相变再结晶
• 1.3 以非平衡组织为原始组织的奥氏体晶粒的形成和长大
• 1.3.1 马氏体及其特征
• 1.3.2 针状奥氏体核心的形成和长大
• 1.3.3 球状奥氏体核心的形成和长大
• 1.4 高淬透性钢的组织遗传性及其消除
• 1.4.1 组织遗传性
• 1.4.2 组织遗传性的影响因素
• 1.4.3 常用的消除组织遗传性的热处理工艺
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 不同热处理工艺下晶粒细化的研究
• 2.1 实验材料与实验方法
• 2.1.1 化学成分的测定
• 2.1.2 相变点的测定
• 2.2 保温温度、加热速率和保温时间对晶粒细化的影响
• 2.2.1 保温温度对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.2.2 加热速率对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.2.3 保温时间对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.3 0Cr13Ni5Mo 钢高温相变的原位观察
• 2.4 高温循环热处理对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.5 分段加热对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.5.1 两相区保温温度对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.5.2 加热速率对0Cr13Ni5Mo 钢晶粒细化的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 慢加热速率下分段加热时晶粒细化的研究
• 3.1 实验的设计
• 3.2 不同的两相区保温温度对晶粒细化的影响
• 3.2.1 以0.6℃/min 的速率升温时的实验结果
• 3.2.2 以0.4℃/min 的速率升温时的实验结果
• 3.2.3 以0.1℃/min 的速率升温时的实验结果
• 3.3 不同加热速率对晶粒细化的影响
• 3.3.1 735℃保温4h 时的实验结果
• 3.3.2 750℃保温4h 时的实验结果
• 3.3.3 765℃保温4h 时的实验结果
• 3.4 0.6℃/min,750℃保温4h 的热处理过程
• 3.5 讨论
• 3.5.1 0.6℃/min，750℃保温4h 时试样的扫描电镜观察
• 3.5.2 延长950℃下保温时间的晶粒细化
• 3.5.3 EBSD 在材料研究中的应用
• 3.5.4 晶粒细化的EBSD 观测
• 3.6 本章结论
• 第4章 结 论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果