磷对压力容器用钢A516组织性能的影响

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压力容器用钢是指制造压力容器壳体、封头等部件用的钢,主要为优质碳素钢、优质低合金钢和合金钢,要求具有较高的强度和足够的韧性,适合焊接,对化学成分和质量要求严格。为了节约成本,提高质量,磷在压力容器用钢中的作用受到了关注。一方面磷在钢液凝固过程中易产生偏析,降低钢的冲击韧性;另一方面磷又能取代铁原子形成置换固溶体,在增加钢材强度的同时,材料的延伸率降低很少。磷还能提高钢材耐大气腐蚀性能和切削加工性能。磷与铌等元素之间的相互作用,以及不同的加工、热处理工艺都会对磷的偏析产生影响。因此,需要系统综合地研究磷对压力容器用钢的组织性能的影响,在保证钢材质量的前提下,达到节约成本,充分发挥磷元素有益作用的目的,并为中低温压力容器用钢A516的生产和应用提供理论依据。本文依托于与浦项制铁公司(POSCO)合作的"Effect of Phosphorus on Microstructure and Mechanical Properties of Steel Plates for Pressure vessel (A516)"项目。炼制了磷含量为0.0092%,0.017%,0.029%的三种实验用钢,绘制了不同磷含量实验钢的动态和静态CCT曲线,对比了冷却速度、变形、磷含量对过冷奥氏体连续转变行为的影响;研究了磷含量、热处理工艺对实验钢组织、性能的影响规律;研究了实验钢的焊接性能。获得了以下主要结果:(1)当冷却速度在0.5℃/s~20℃/s区间时,实验钢CCT曲线主要由铁素体相变区、珠光体相变区和贝氏体相变区三部分组成;随着冷却速度的增加,贝氏体含量增加,铁素体和珠光体含量减少;变形促进了先共析铁素体相变,使整个CCT曲线相变区向左上方移动;磷元素的增加使相变过程受到了阻碍作用,CCT曲线向右下方移动。(2)热轧空冷后实验钢组织由珠光体和铁素体组成,并存在明显的带状组织;热处理消除了带状组织,细化了晶粒;磷元素从0.0092%增加到0.017%时,实验钢的强度略有降低;当增加到0.029%时,强度升高,在整个范围内实验钢的延伸率和冲击韧性降低。(3)P3钢焊缝组织中包含大量的针状铁素体,有利于提高材料的韧性;过热区组织由先共析的铁素体和马氏体组成;拉伸试样的断裂位置均位于母材,试板的力学性能基本与母材相当。(4)当实验钢磷含量为0.029%时,热处理后,抗拉强度为510MPa,延伸率为33.1%,-50℃时横向冲击功为102J;经焊接后抗拉强度为495MPa,延伸率为36.2%,热影响区-50℃低温冲击功为77J,各项性能均满足ASTM A516/A516M(65级别)的使用要求。
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