【摘 要】
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随着我国基础建设的快速发展,钢铁材料的需求量越来越大,对于一些在低寒地区使用的钢铁材料,对其低温性能提出了更高要求,以满足设备或部件的安全和使用性能。本文通过热处理工艺实验、力学性能测试、X射线衍射物相分析、光学金相和透射电子显微镜微观组织观察等,研究了不同的热处理工艺对成分为Fe-0.2%C-1.2%Si-x%(Mn+Cr+Mo+Ni)的无碳化物贝氏体钢组织和力学性能及低温冲击性能的影响。结果表
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随着我国基础建设的快速发展,钢铁材料的需求量越来越大,对于一些在低寒地区使用的钢铁材料,对其低温性能提出了更高要求,以满足设备或部件的安全和使用性能。本文通过热处理工艺实验、力学性能测试、X射线衍射物相分析、光学金相和透射电子显微镜微观组织观察等,研究了不同的热处理工艺对成分为Fe-0.2%C-1.2%Si-x%（Mn+Cr+Mo+Ni）的无碳化物贝氏体钢组织和力学性能及低温冲击性能的影响。结果表明:采用热膨胀法测得实验材料相变转变温度Ac1为740℃,Ac3为880℃,Bs为370℃,Bf为225℃。实验材料不同奥氏体化温度加热空冷,加热温度低于920℃时,组织细小,温度超过920℃,组织粗化明显。实验材料的硬度随加热温度的升高呈下降的趋势,抗拉强度随加热温度的升高呈先上升,再下降的趋势,加热温度为880℃时,抗拉强度出现峰值,热处理温度为920℃时室温冲击功达到最大值,加热温度超过920℃,冲击功逐渐下降。奥氏体化加热温度为920℃时具有最佳的综合力学性能。实验材料在920℃加热,保温时间系数小于2.0 min/mm时,组织板条束尺寸细小,保温时间系数超过2.0 min/mm时,板条尺寸明显增加,组织粗化。随奥氏体化加热保温时间的延长,实验材料的硬度随保温时间延长呈下降的趋势,抗拉强度随保温时间的延长呈先上升,再下降的趋势,保温时间系数为2.0 min/mm时抗拉强度出现峰值,保温时间系数为1.5 min/mm和4.0 min/mm时室温冲击功较高。保温时间系数为1.5 min/mm时具有最佳的综合力学性能。实验材料最佳的奥氏体化加热工艺参数为920℃×1.5 min/mm加热。经920℃×1.5min/mm+350℃回火热处理,材料获得的力学性能为抗拉强度Rm 1428 MPa,延伸率A10.8%,断面收缩率Z 63.8%,室温冲击功AKV91.3 J,实验材料组织为贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的无碳化物贝氏体组织。实体结构件实验材料经920℃加热空冷+350℃一次回火热处理的力学性能为Rm1288 MPa,A 14.0%,Z 59.3%,AKV（-40℃）25 J,拉伸性能满足要求,但-40℃低温冲击韧性不满足技术要求。增加350℃回火次数,可以提高材料低温冲击功。实验材料经920℃加热空冷,350℃二次回火热处理,其力学性能为Rm 1308 MPa,A 14.4%,Z 58.4%,AKV（-40℃）31 J,350℃三次回火热处理AKV（-40℃）32 J,低温冲击功满足AKV（-40℃）≥27 J的技术要求。实体结构件实验材料经920℃加热水冷-空冷交替冷却+350℃回火和920℃加热水冷-空冷交替冷却+350℃二次回火热处理,组织细化,且低温冲击性能有所改善,使实体件的低温冲击韧性满足AKV（-40℃）≥27 J的要求。两种热处理工艺获得的力学性能为Rm1374～1393 MPa,A 13～15%,Z 57～60%,AKV（-40℃）37～39 J。组织形貌主要为板条状无碳化物贝氏体组织,组织中的残余奥氏体分布于贝氏体铁素体板条之间或板条之上。实际实体模锻件的生产中,经过920℃加热水冷-空冷交替冷却+350℃回火热处理,模锻件的杆部、头部横向和纵向低温冲击功均得到改善,低温冲击功均满足AKV（-40℃）≥27 J的技术要求。
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