7Ni鋼最佳中間淬火溫度的研究★

王彩煥，馬有光，王育田，孟傳峰，梁建宇，衛英慧

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003；2.太原理工大學，山西 太原030027）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡稱太鋼）自主開發研制出鎳系低溫用9Ni鋼后，直接帶動了我國LNG接收站建設的發展，目前國產9Ni鋼質量穩定優良，國內LNG接收站用儲罐基本為國產9Ni鋼制造。近期國內外在9Ni鋼的基礎上，不斷開發新型節鎳鋼，以進一步降低儲罐建設成本。

太鋼研制開發的7Ni鋼，就是9Ni鋼的替代產品之一。太鋼通過攻關，生產出了鋼質純凈的新型鎳系低溫用7Ni鋼，并對鋼板的軋制工藝、淬火工藝、回火工藝都進行了深入分析實驗，認為7Ni鋼通過QT（一次淬火+回火）熱處理和QLT（一次淬火+中間淬火+回火）熱處理均能獲得較好的的性能。本文分析了7Ni鋼在QLT熱處理時，最佳中間淬火（L）工藝對鋼板抗拉強度和沖擊韌性的影響。

1 材料及試驗方法

實驗鋼的成分為w(C)=0.04%、w(Mn)=0.75%、w(P)=0.001 6%、w(S)=0.001%、w(Ni)=7.0%，其余為適量的Si和其他微合金元素。將坯料軋制成28 mm厚度鋼板，終軋溫度選擇800~850℃，軋后冷卻速度為5℃/s[1]。7Ni鋼板熱處理后性能要求見表1。

表1 7Ni鋼板熱處理后性能要求

沿試驗鋼板橫向切取拉伸試樣和沖擊試樣，取試樣在實驗室全部進行830℃×30 min的保溫并水冷，之后經660~750℃×40 min的保溫并水冷，再將所有試樣進行590℃×60 min保溫回火后空冷。

將不同熱處理工藝的試樣分別在電子拉伸試驗機和擺錘式沖擊試驗機上進行常溫拉伸試驗和-196℃夏比V型缺口沖擊試驗，并利用金相顯微鏡觀察了熱處理后鋼的金相組織，采用PHILIPS SEM－505掃描電鏡觀察熱處理后鋼板的SEM形貌，并通過X射線衍射儀分析了鋼板的回轉奧氏體含量。

2 試驗結果及分析

圖1 7Ni鋼不同中間淬火溫度下鋼板強度和沖擊功

圖2 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣金相組織（500×）

3 試驗結果討論

本次選擇的一次淬火溫度為830℃[2]，這淬火溫度保證鋼板完全奧氏體化并且不會晶粒粗化，回火溫度為590℃[3]，該回火溫度一般認為是回火馬氏體逆向轉變為奧氏體的最佳溫度。圖1為QLT工藝下，不同中間淬火溫度下鋼板強度和沖擊功，均滿足表1中7Ni鋼板熱處理后性能的要求。圖1-2顯示不同的中間淬火溫度對沖擊功的影響較小，沖擊功都能保持200 J以上，但690℃的中間淬火溫度下沖擊功最高；圖1-1中間淬火溫度對屈服強度和抗拉強度影響較大，其中660℃的中間淬火溫度下，鋼板屈服強度表1要求相比，余量較小，而720℃以上時，鋼板強度升高，且屈強比偏高，在690℃時，鋼板的強度既有一定余量并且屈強比較低，鋼板的安全性較高。所以，本次實驗中，690℃是最佳中間淬火保溫溫度。

表2 鋼板熱處理后回轉奧氏體含量測試

圖3 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片（5 000×）

圖4 一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片（5 000×）

由前期研究可知，7Ni鋼與9Ni鋼的CCT曲線、顯微組織和力學性能均相近[4]，故當鋼板的成分、熱軋狀態一致的情況下，7Ni鋼是通過熱處理后的組織調控來優化鋼板性能的。

對于強度而言，鋼板的回火馬氏體和回火索氏體比例決定了鋼板的強度和屈強比。從圖2 QLT熱處理后鋼板的金相組織照片可以看出，隨著中間淬火溫度提高，鋼板的組織依次為回火索氏體為主、回火索氏體+回火馬氏體混合組織、回火馬氏體為主，即鋼板的回火索氏體含量隨著中間淬火溫度的提高而減少，回火馬氏體含量增加，導致強度不斷提高，屈強比升高。根據Fe-Ni相圖以及實際生產測定結果，7Ni鋼的Ac3溫度約為732℃，Ac1溫度約為610℃，也就是說，690℃能夠保證鋼板加熱后穩定處于兩相區。

圖3 和圖4是一次淬火+不同溫度中間淬火+590℃回火后的試樣電鏡組織照片，也印證了圖2顯示的結論。圖3-1和圖3-2的中間淬火溫度分別為660℃、750℃，鋼的組織分別為回火索氏體為主和回火馬氏體為主，而圖4-1和圖4-2為中間淬火溫度為690℃時的不同位置的照片，是一種混合組織。

對于沖擊韌性而言，逆轉變奧氏體的數量是控制低溫沖擊功的關鍵因素。中間淬火穩定處于兩相區時，使得一次淬火后的殘余奧氏體轉變為二次淬火馬氏體，有利于增加回火過程中逆轉奧氏體的數量，并促進其均勻分布，因此低溫沖擊韌性有所提升，從表2中鋼板熱處理后回轉奧氏體含量可以看出，當中間淬火溫度為690℃時，回轉奧氏體含量最高，達到約9.8%，對提高沖擊韌性效果最好。當中間淬火溫度為750℃時，已經高于Ac3點，相當于重新加熱到奧氏體區淬火，失去了中間淬火的作用。

4 結論

QLT工藝下，當淬火溫度為830℃、回火溫度為590℃不變時，不同的中間淬火溫度下，沖擊功都能保持200 J以上的較高水平，其中690℃的中間淬火溫度下沖擊功最高。

中間淬火溫度對屈服強度和抗拉強度都影響較大，其中690℃的中間淬火溫度保證鋼板穩定處于兩相區，QLT后鋼板的強度既有一定余量并且屈強比較低，鋼板的安全性較高，為最佳中間淬火溫度。

中間淬火溫度在690℃最佳的原因是，該溫度為鋼板穩定處于兩相區，鋼板在回火過程中回轉奧氏體含量約9.8%，對鋼板韌性有積極的影響。