V(C,N)演变行为及其对高氮高钒正火钢热影响区显微组织和低温韧性的影响

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P460钢属高强的高氮高钒设计正火钢,其强韧化的关键是基体中第二相粒子V(C,N)的析出,V(C,N)的析出一方面起到析出强化的作用,另一方面起到晶粒细化的作用。晶粒细化可以同时提高其强度和韧性、析出强化可以提高材料强度。为了提高移动容器用钢的强度,同时达到减小容器重量、节能减排的目的,现需迫切推广使用P460钢。经历焊接过程后,P460钢中的V(C,N)是如何演变,其对组织和低温韧性产生何种影响还需要深入的研究。本文通过热模拟实验,得到P460钢的焊接模拟热影响区连续冷却相变(SHCCT)曲线,为后续实际焊接工艺提供理论指导,并通过透射电镜(TEM)方法测定出V(C,N)粒子的再析出t8/5(从800°C冷却到500°C的时间)为100s,从SHCCT曲线中看出,t8/5>100s时,先共析铁素体含量大大增加,这说明再析出的发生降低了基体中C,N元素浓度促进了先共析铁素体的形成。采用Thermal-Calc软件对V(C,N)粒子的析出-温度曲线进行了计算,根据曲线结果:V(C,N)在1160°C完全固溶,在温度为700°C时析出量达到最大,为0.41326wt.%。采用激光高温共聚焦实验,观察V(C,N)粒子对奥氏体晶粒长大的影响,发现峰值温度达到750°C和950°C时,即使有6分钟的保温,奥氏体晶粒长大不明显,缘于V(C,N)的钉扎作用。到1200°C时,奥氏体晶粒急剧增大,是由于V(C,N)完全溶解,对奥氏体晶界的钉扎作用消失。模拟P460钢在不同焊接热循环作用下的焊接热影响区的组织,测试其低温(-40°C)冲击韧性,结果表明峰值温度为1350°C,1200°C,t8/5=15s~80s,P460钢-40°C冲击韧性保持在13-19J,这两个峰值温度下,V(C,N)完全溶解且无法完成再析出,氮元素以游离态存在,游离氮对冲击韧性的降低起主导作用;对于t8/5=45s,P460钢-40°C冲击韧性随峰值温度升高而减小,但在超过1200°C后会急剧降低,这是因为超过1200°C后V(C,N)粒子完全溶解且未能再析出,游离氮会极大降低P460钢低温冲击;当峰值温度低于1160°C时,部分溶解后细化的V(C,N)粒子可以起到细化晶粒的作用,并且可以增加铁素体形核率,这对冲击韧性的提高具有积极意义。按25kJ/cm的线能量进行实际埋弧焊验证实验,接头中熔合线、粗晶热影响区(CGHAZ)为粒状贝氏体和少量先共析铁素体,细晶区为细小块状铁素体以及珠光体、贝氏体,两相区则为铁素体+珠光体组织。冲击试验表明实际接头热影响区-40°C冲击功在90J-98J范围内,实际接头低温韧性良好。
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