微量元素對(duì)鉻鉬和碳錳低合金壓力容器用鋼熱塑性的影響.pdf

1、連鑄連軋技術(shù)能夠提高材料的成材率，降低鋼材的生產(chǎn)成本，是20世紀(jì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要革命。隨著近年來電廠規(guī)模的大型化發(fā)展，決定了電廠反應(yīng)堆堆芯及壓力容器直徑的增大，容器壁厚增加。為了提高鋼的淬透性，通常會(huì)在鋼的連鑄過程中加入一定量的合金。研究表明，提高含鋁鋼中的碳元素含量能夠減少鋁的碳氮化物在晶界處的析出，并且能夠細(xì)化奧氏體晶粒，提高鋼的熱塑性。但目前針對(duì)稀土元素對(duì)鋼的熱塑性的影響研究較少。除合金元素外，鋼在連續(xù)鑄造的過程中會(huì)殘留著一

2、些難以去除的雜質(zhì)元素磷和錫等?，F(xiàn)階段關(guān)于雜質(zhì)元素磷對(duì)鋼的熱塑性的影響結(jié)果和機(jī)理存在著兩種不同的觀點(diǎn)，因此磷元素對(duì)鋼熱塑性的影響的研究將會(huì)是一項(xiàng)有意義的工作。此外，由于材料在冶煉的過程中同時(shí)存在著多種微量元素，合金元素和雜質(zhì)元素對(duì)鋼的熱塑性會(huì)產(chǎn)生不同的作用效果，而對(duì)于多種微量元素對(duì)鋼熱塑性的聯(lián)合影響的研究也很少。鋼在連鑄矯直過程中橫向裂紋的產(chǎn)生與鋼的熱塑性低谷相吻合，因此實(shí)驗(yàn)室采用熱模擬拉伸試驗(yàn)來模擬連鑄工藝過程，以便探究連鑄橫向裂紋產(chǎn)生

3、的原因，并尋求相應(yīng)的解決方案。
　　本文通過熱模擬拉伸技術(shù)以及現(xiàn)代材料分析方法，針對(duì)鉻-鉬系和碳-錳系兩種常用的低合金壓力容器鋼，對(duì)磷、錫和鈰等單一微量元素對(duì)鋼熱塑性的影響機(jī)理做了研究，同時(shí)研究了元素磷和錫以及鈰和錫對(duì)壓力容器鋼熱塑性的聯(lián)合影響，并對(duì)兩種元素的聯(lián)合作用機(jī)理進(jìn)行探討。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下。
　　采用Gleeble-1500D熱模擬試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)未添加微量元素和添加不同微量元素（P、Sn、P+Sn、Ce和Ce+S

4、n）的1Cr-0.5Mo鋼，未添加微量元素和添加不同微量元素（Sn和Ce+Sn）的C-Mn鋼進(jìn)行熱模擬拉伸試驗(yàn)。將試樣加熱至1300℃，保溫3分鐘后以5℃ s-1的速率冷至不同的試驗(yàn)溫度，進(jìn)行拉伸變形，以得到試樣的斷面收縮率（RA）用于表征材料的熱塑性。隨后采用掃描電子顯微鏡（SEM）、光學(xué)顯微鏡（OM）、電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)、場(chǎng)發(fā)射掃描透射電子顯微鏡（FEGSTEM）對(duì)斷裂區(qū)的組織進(jìn)行分析，利用納米壓痕技術(shù)對(duì)鋼的晶界區(qū)域的硬

5、度進(jìn)行測(cè)量，并使用FEGSTEM技術(shù)測(cè)量不同試樣加熱變形區(qū)晶界處微量元素的偏聚濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雜質(zhì)元素磷能夠提高1Cr-0.5Mo鋼的熱塑性。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)內(nèi)，磷能夠?qū)Ы玷F素體起到固溶強(qiáng)化作用，降低鐵素體與奧氏體間的強(qiáng)度差，使兩相之間的變形協(xié)調(diào)性增加，從而提高鋼的熱塑性。在奧氏體單相區(qū)，磷能夠促進(jìn)奧氏體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程，從而提高鋼的熱塑性。當(dāng)鋼中存在雜質(zhì)元素錫時(shí)，錫原子會(huì)在熱加工過程中偏聚到晶界而降低鋼的熱塑性。將微量磷添

6、加到含錫鋼中，磷對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用以及對(duì)奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的促進(jìn)作用不會(huì)受到錫的影響，并且磷原子在晶界處的偏聚會(huì)抑制錫原子的偏聚，從而抑制錫對(duì)鋼熱塑性的負(fù)面影響，提高鋼的熱塑性。
　　鉻-鉬鋼中加入微量稀土鈰也會(huì)使鋼的熱塑性得到改善。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)，鈰能夠推遲沿原奧氏體晶界處析出先共析鐵素體；在奧氏體單相區(qū)，鈰原子在晶界處的偏聚能夠增加晶界的內(nèi)聚力，抑制晶界滑移，從而提高鋼的熱塑性。
　　含錫的鉻-鉬鋼中添加微量稀

7、土鈰可以改善鋼的熱塑性。鈰原子在晶界處的偏聚抑制了晶界滑移，減少了由于錫原子晶界偏聚所引發(fā)的負(fù)面影響。鈰添加到含錫的碳-錳鋼中也可以提高鋼的熱塑性。在奧氏體-鐵素體雙相區(qū)內(nèi)，雜質(zhì)元素錫能通過提高Ae3溫度來促進(jìn)先共析鐵素體的形成，導(dǎo)致碳-錳鋼的熱塑性低谷加寬，而鈰可以通過影響形變誘導(dǎo)鐵素體的動(dòng)力學(xué)過程來推遲鐵素體的生成，因此含有鈰和錫的碳-錳鋼的熱塑性低谷區(qū)的寬度并沒有受到影響。同時(shí)鈰原子在晶界處的偏聚能夠抑制錫原子在晶界處的偏聚，從而