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随着海洋油气和矿产资源开发由近海向深海延伸,海洋工程用钢的需求将呈持续发展态势。鉴于海洋的特殊环境,海洋工程大多采用具有良好低温性能和耐腐蚀性能的高强度钢。由于疲劳、构造等性能要求,一些海洋结构中的关键部件往往采用高性能的铸锻件,而目前我国在海洋工程用铸锻钢方面的研究较为薄弱,很多重要零部件依然依靠进口,急需加大研发力度。论文通过分析合金元素对合金钢的组织、力学性能、耐腐蚀和低温性能的影响,以多元少量的复合强化为原则,设计了新型高强度海洋工程用合金钢,并通过锻造达到细化晶粒的目的。利用光学金相显微镜,扫描电子显微镜、硬度计、拉伸试验机、冲击试验机和电化学工作站等分析测试手段研究了热处理对铸态和锻造态合金钢的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律与机理,优化了热处理工艺,并考察了采用优化工艺处理的合金钢的低温力学性能。研究结果表明:设计成分合金钢的铸态组织为珠光体,硬度为HRC37,室温下的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为1080MPa、910MPa、12.5%和31%。奥氏体化温度和保温时间影响合金钢中板条马氏体的数量、形态和奥氏体晶粒的大小。在830℃~910℃之间,随着奥氏体化温度的升高,合金钢中奥氏体晶粒长大,马氏体板条束变宽,间距变大。保温时间越长,奥氏体化进行得越充分,晶粒的长大趋势越明显。优化后得到最佳淬火工艺为:850℃+30min油淬,以此工艺淬火后,马氏体数量最多,板条均匀细小,铸态合金钢的硬度为HRC48.3,锻造态合金钢的奥氏体化晶粒度为10.1,硬度可达HRC47.1。在200℃~600℃之间回火时,随着回火温度的升高,合金钢的淬火组织逐渐转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体;强度和硬度逐渐下降,但与屈服强度相比,抗拉强度下降得更快些,塑性总体呈现升高趋势;冲击韧性先下降后升高,在300~500℃范围内出现明显的回火脆性。600℃回火后,铸态合金钢的抗拉强度为875MPa,屈服强度为780MPa,延伸率和断面收缩率分别为14%和28%,冲击韧性为60J/cm~2,而锻造态合金钢的抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率分别为840MPa、780MPa、17%和46.5%,冲击韧性可达260.6J/cm~2,具有最好的综合力学性能和电化学性能。采用优化的工艺,即850℃+30min油淬600℃回火处理的合金钢试样的低温力学性能测试结果表明,0℃~40℃环境下铸态合金钢的低温冲击韧性下降较为明显,而锻造态合金钢在试验温度为-40℃时,抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率仍分别可达848MPa、794MPa、27%和76%,冲击韧性为218.8J/cm~2,具有良好的低温拉伸和冲击性能。