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熱處理工藝對3.5Ni鋼組織和性能的影響

瀏覽:64     時間:2020-01-03 22:16:57
  為了應對世界范圍的能源危機,中國正在緊鑼密鼓建立石油戰略儲備體系,以應對油料供應中斷、規避價格風險,也是國家能源安全戰略的重要舉措。根據中國“十二五”規劃,未來五年將優化石化能源的發展,加快油氣資源的開發,這將給低溫服役條件下能源生產及存儲設備制造行業提供廣闊的市場及發展機遇,也會促進耐低溫材料的發展。
  3.5Ni鋼又稱3.5%Ni鋼,是一種含Ni量為3.25~3.73%的超低溫條件下服役的鐵素體型鋼,具有良好的低溫韌性和較高的強度,被廣泛應用于石油和空分制氧設備以及合成氨設備等,隨著中國石油化工等能源行業的發展,3.5Ni低溫鋼的需求將與日俱增。
  由于3.5Ni鋼要求在-101℃的低溫下仍具有良好的韌性,因此需要熱軋后進行離線熱處理,目前常用熱處理工藝有正火(N)、正火+回火(N+T)、和淬火+回火(Q+T),其中采用QT熱處理的3.5Ni鋼具有更高的強度和更好地韌性,可替代NT熱處理的5Ni鋼,用于LEG儲罐項目。
  中國海洋石油總公司的科技人員研究了N和N+T工藝以及工藝參數對3.5Ni鋼組織和力學性能的影響規律,探索最佳的熱處理工藝參數及其韌化機制。
  表1  實驗所用3.5Ni鋼化學成分如下  ω/%
 
C Mn Si Ni P S
0.055 0.62 0.21 3.46 0.0046 0.0014
 
  
  煉鋼及軋制工藝路線為:鐵水預處理→150t頂底復吹轉爐→LF精煉→RH真空脫氣處理→板坯連鑄→步進梁式加熱爐加熱→高壓水除鱗→3500mm爐卷軋機→矯直→精整。終軋厚度為20mm,在熱軋板上取樣進行熱處理實驗。通過拉伸和沖擊試驗以及OM和SEM的組織觀察,研究了不同熱處理工藝對3.5Ni低溫鋼顯微組織和力學性能的影響,結果表明:
  (1)3.5Ni鋼正火后組織為鐵素體基體加珠光體,帶狀組織較熱軋態的顯著弱化,鐵素體晶粒尺寸細化。回火后,片層珠光體轉變為顆粒狀珠光體,帶狀組織較正火態進一步弱化,隨著回火溫度升高甚至能消除帶狀組織。
  (2)正火溫度在800~890℃范圍內時,N和N+T工藝的低溫韌性均隨回火溫度的增加先升高后降低,在860℃達到峰值。回火后,沖擊韌性較單純正火熱處理的明顯提高。
  (3)3.5Ni鋼采用N+T熱處理時,隨著回火溫度的升高,沖擊功先增加后減少,在590~630℃范圍內均保持較高值,最佳工藝為860℃正火+590~630℃回火。
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