压力容器用18MnMoNbR钢板的性能研究

压力容器板

第７卷第２期

宽厚板

７’

试验研究

压力容器用１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢板的性能研究

田

苗

王文亮

（舞阳钢铁有限责任公司科技部）

摘要本文结合生产实际情况，分析了影响１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢板机械性能的工艺参数，又在实验室作了试验，最后选择出合理的工艺制度。

关键词

１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢板

工艺

机械性能

ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＳｔｕｄｙｏｆ

１８ＭｎＭｏＮｂＲ

ＰｌａｔｅｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌ

ＭｉａｏａｎｄＷａｎｇＷｅｎｌｉａｎｇ

Ｔｉａｎ

（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＷｕｙａｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

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ｔｉｏｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

１

８ＭｎＭｏＮｂＲｐｌａｔｅ，Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

１前言

１８ＭｎＭｏＮｂＲ属中温压力容器用钢，作为低合金高强度用钢，往往亦用于工程机械制造行业，对钢板的综合机械性能有较高要求。因此，设计合适的化学成分，制定合理的生产工艺是确保该钢种具有较高综合机械性能的关键。２主要技术要求．２．１钢的机械性能见表１。

表１钢板力学性能

化学成分的选择要依据它对钢板综合机械性能的作用为基准。碳是较强的固溶强化元素，但是碳对钢板韧性、尤其是低温韧性具有较大的不良作用，还较明显地恶化钢板的焊接性能。因此，在设计化学成分时，把Ｃ控制在中限水平。Ｎｂ是较强的碳氮化物形成元素，在钢中形成Ｎｂ的复合型碳氮化物，在轧制过程中，应变能引起Ｎｂ的碳氮化物的沉淀，这种沉淀能阻止奥氏体再结晶，使终轧后的奥氏体晶粒得到细化，为最终提高机械性能奠定了基础。同时，和其它合金元素（如Ｖ）相比，Ｎｂ的碳氮化物在正火温度下，溶解度比较低，因此，尽管弥散强化作用不明显，但是，这种碳氮化物能阻止正火时奥氏体晶粒长大，从而细化艿铁素体晶粒。由于钢的低温韧性主要取决于钞

２．２钢板交货状态

钢板以正火＋回火状态交货，并逐张进行超声波探伤检查。

３冶炼工艺对钢质的影响素体晶粒尺寸［１ｌ，因此，提高Ｎｂ的加入量对提高钢板低温冲击性能十分有益，所以，在选择Ｎｂ的加入量时，控制在中上限。

Ｍｎ是弱碳化物形成元素，Ｍｎ极大降低奥氏

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高钢板强度有利，同时，对提高钢板低温冲击性能金元素配合使用，能提高钢的抗回火脆化性能，因也非常有益。故在成分设计时，Ｍｎ应控制在中上

此在成分设计时，Ｍｏ应控制在中上限。

限。

严格控制钢中［Ｐ］、［ｓ］含量，以提高其纯净

Ｍｏ不仅是一种较强的碳化物形成元素，而度。

且又是较强的的贝氏体形成元素。Ｍｏ和其它合

根据以上分析，设计冶炼化学成分如表２。

表２１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢的设计成分（％）

３．２冶炼工艺对钢质的影响

温度较严重地影响钢锭宏观偏析的程度。如在表钢水在精炼过程中底吹氩搅拌对去除钢水内３、４反映了化学成分偏析和钢板夹杂物的具体情

部夹杂物创造了良好的条件。合适的浇注温度是况。

降低钢水二次夹杂物产生的重要措施，同时，浇注

表３成分的偏析

表４钢板的夹杂物水平

表５１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢相变点测定情况

炉号

浇注温度℃钢板批号探伤结果

壅墨塑垄！

ＡＢ

ＣＤ１５４５

ＧＣＨＪＢ４７３０

００９０８０Ｎ

～Ｏ．５

０．５

Ｏ

Ｏ．５

１５§§

！！！！；ｉ！堡

４．２轧制工艺对热轧组织的影响

从表３及表４可以看出，由于主要冶炼工艺终轧温度直接影响钢板热轧状态的组织。钢参数比较合适、浇注温度制定的正确，所以可说化中合金元素的含量对热轧状态的组织和机械性能学成分的编析度比较正常，夹杂物水平还是较好亦有较大影响。钢板在轧制过程中，被拉长的奥氏的，这为性能的优异奠定了基础。体晶粒不断恢复和再结晶，如果终轧温度过高，奥４轧制工艺对钢板机械性能的影响氏体晶粒发生再结晶以后，继续长大无论是Ｆ＋Ｐ４．１相变点的测定

基的组织或是Ｆ＋Ｂ基的组织，都将产生粗大的Ｆ测定结果见表５。

晶粒，对钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性都有

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较大的不良影响。当终轧温度过低到两相区温度

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奥氏体再结晶，从而细化了奥氏体晶粒，不但提高了钢板的强度，而且也提高了韧性［２］。

从以上分析可知，为确保获得较为理想的热轧状态组织，终轧温度应选择在８６０～８８０℃范围

之内。

时，尽管由于Ｆ亚结构的产生增大了强度水平。但是，织构因素却使低温冲击韧性受到不良影响。因此，对低温冲击韧性要求比较高，而强度又容易达到要求的钢种，不宜采取两相区控轧。

另外，由于合金元素形成的碳化物、氮化物或碳氮化物在钢锭（坯）加热、保温过程中发生固溶现象，随着轧制温度的降低，这些碳化物、氮化物或碳氮化物又将析出，这些化合物的析出阻止了

生产过程中对终轧温度进行了严格的控制，对钢板进行了组织和机械性能分析，检验结果示于表６和图１。

衰６热轧钢板的机械性能

另外，最初析出的铁素体，由于形成的温度较低而被Ｃ所过饱和，不容易通过共同形核而形成。过饱和的铁素体内部沉淀出渗Ｃ体，使转变继续下去，图２、３是ＧＣＨｌ０００２４批热轧和正火状态下的组织情况。

图１ＧＣＨｌＯ００２２批的显微组织Ｆ＋Ｂ

×５００

从表６和图１可以看出，终轧温度对组织和性能的影响是比较敏感的。控制合适的终轧温度是获得理想的热轧状态组织进而减少正火负担的直接途径。

图２热轧１８ＭｎＭｏＮｂＲ的显微组织

×５００

５热处理工艺对组织及性能的影响

５．１

１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢板组织及力学性能

５．１．１热轧和正火状态下组织及力学性能

该钢种因含有Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ合金元素，尤其是Ｍｏ、Ｎｂ均是强碳化物形成元素，这些合金元素较大程度降低Ｂ转变温度，这些元素的存在极大降低了碳原子的扩散速度，抑制了珠光体的形成。奥氏体通过剪应变而形成Ｂ，铁素体的形状呈片状或条状互相并排生核而成［】】。它们的长大是

×５００

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从图２、３可以看出：无论是该钢种的热轧状态或正火状态，组织均为Ｆ＋Ｂ，渗碳体不仅在铁素体内部析出，而且在铁素体边界也有碳化物析出。热轧和正火组织呈现出明显差异，热轧状态下铁素体晶粒相对较大，这主要是由于终轧温度过高造成的。热轧和正火状态下力学性能也呈现明显差异，两种状态下的机械性能见表７。

表７热轧和正火状态力学性能的比较

正火状态下的力学性能（强韧性）明显优于热轧状态下的力学性能。

由于影响低碳贝氏体强度和韧性指标的因素主要是铁素体板条尺寸，弥散碳化物的尺寸和百分数以及碳化物分布的均匀性，还有钢中位错密度以及铁素体亚结构情况［１］。凡是能提高强度的因素均对钢的冲击性能产生负面影响，在诸多影响强度和韧性的因素中，铁素体晶粒尺寸起着最关键作用。因此，对强度和韧性均具有较高要求的钢种，如何控制铁素体尺寸是工艺的关键所在。５．１．２正火＋回火状态下组织及性能

在正火后的冷却过程中，存在Ｃ的过饱和现象，在晶粒内部产生位错和畸变，这些位错和畸变的产生对提高强度有利，但对韧性却有不良影响，钢经过回火以后，铁素体晶粒有所长大，而且随着Ｃ化物的析出，晶粒中的位错和畸变密度减小，强度下降，而韧性有所提高（组织中位错密度减小造成），如果回火温度过高，时间过长，铁素体过分长大，韧性将会下降。如表８和图４反映了１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢的性质和正火＋回火状态下的

组织。

表８正火＋回火的力学性能

正火；茜支工笼参数是制定热处理工艺的关键。

综合考虑钢板机械性能，生产成本，合理选择

又通过不同回火温度和时间试验，我们认为选择最佳正火＋回火工艺是适当的。

图４正火＋回火状态的显微组织×５００

５．２正火＋回火的低温冲击性能（见图５）

删Ｊ）

１６０１４０１２０１００８０６０４０２０

图５正火＋回火钢的低温冲击性能

从系列冲击曲线可以看出，在合适的正火＋回火工艺情况下，由于铁素体晶粒比较细小，该钢种具有较好的低温冲击性能（ＩＴＴ约为一２０℃）。５．３调质状态下的组织及力学性能

为了全面了解该钢种的性能特点，在实验室图６调质状态的显微组织

×５００

对该钢进行调质状态试验。图６和表９示出了调质状态下的组织及力学性能。

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表９不同回火时间调质的机械性能

从图６和表９可以看出，该钢种经调质后形成比较细小的组织，钢中位错密度得到降低，和正火十回火状态相比，钢板的组织和综合机械性能均较好。

５．４调质状态下系列冲击性能

调质后又对该钢种进行了系列冲击试验，图７是试验的结果。

６．１

从系列冲击试验可以看出，在调质状态下该钢种具有十分优良的低温冲击性能。６结论

１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢采用电炉＋ＬＦ／ＶＤ＋１８ＭｎＭｏＮｂＲ钢板成分均匀、性能优良，钢

４２００ｍｍ轧机轧制的生产工艺是完全可行的。

６．２

板的各项性能远远超过标准之要求。有较大的富裕量，完全满足用户要求。

６．３合理的热处理工艺，是保证钢板强韧性达到良好匹配的关键。

参考文献

１

Ｍ 科恩等著：钢的徽合金化及控制轧涮，冶金工业出版社出

版。１９８４．

２宋维锡。金属学，冶金工业出版社出版。１９８０

图７调质状态的系列冲击

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/setj.html