针对 690 MPa 级空冷贝氏体耐火钢目前存在的屈强比过高无法满足抗震性能,以及冲击韧性过低和高温 600 ℃ 下屈服强度降低的问题,设计了两种成分的低碳贝氏体耐火钢,分别为低 V 高 Nb+Ti 和高 V 低 Nb+Ti 两种 成分,目的是获得室温屈服强度大于 690 MPa,屈强比小于 0. 85,高温 600 ℃ 屈服强度大于室温屈服强度的 2 / 3,即 460 MPa,以及-40 ℃ 低温冲击韧性均值大于 69 J 的高强韧耐火钢。
试验过程中首先在冶炼炉进行冶炼,后将铸锭加热到 1 200 ℃ 以上保温,在 900 ℃ 左右锻造,锻造完成后采用 两阶段控制轧制工艺。 为了改善试验钢的力学性能和显微组织,对试验钢采取最终热处理方法,热处理工艺采用 正火空冷+回火空冷,正火温度选取 Ac3 以上 30 ~ 50 ℃ 之间,回火温度采用贝氏体转变温度范围内的温度。对热轧 态的试样和经过热处理后的试样进行对比分析,通过金相、扫描等对试样显微组织进行分析,通过常温力学拉伸试 验、600 ℃ 高温拉伸试验和-40 ℃ 低温冲击试验,对试验钢的力学性能进行对比分析,同时对微合金元素 Nb、V、Ti 对过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT 曲线)的影响进行了研究分析。
结果表明:通过微合金元素 Nb、V、Ti 的调整,能使 F+P 转变线明显右移,贝氏体转变线趋于扁平化,组织由原 来的粒状贝氏体转变为粒状贝氏体与板条贝氏体的混合组织。 通过增加 V,降低 Nb+Ti 的含量,对热轧态的组织 对比,发现可以获得的粒状贝氏体组织中 M-A 岛更加细小均匀,更有利于改善材料的塑韧性。 对热处理后的试验 钢的组织和性能进行对比发现,通过增加 V,降低 Nb+Ti 的含量,组织由粒状贝氏体转变为粒状贝氏体与板条贝氏 体的混合组织,而板条贝氏体对试验钢的力学性能有利。 Y1 试验钢中大块的粒状贝氏体组织对试验钢的低温冲 击韧性不利,Y2 试验钢中细小的粒状与板条状贝氏体的混合组织,能显著改善试验钢的冲击韧性。 因此,在实际 生产中,应尽量获得细化的板条贝氏体组织才能使材料的性能更好。 与此同时,对比相同成分的热处理后的试验 钢发现,回火温度对试验钢的屈服强度的影响更为明显,对抗拉强度影响较小,通过采取合理的调控回火温度,发 现 Y1 试验钢在 350 ℃ 时力学性能最佳,但高温屈服强度和低温冲击韧性不理想,而 Y2 试验钢在 400 ℃ 时力学性 能最佳。 综上所述,Y2 经过正火+400 ℃ 回火、1 h 热处理工艺后具有优秀的综合性能,即抗拉强度为 1 009 MPa、屈 服强度为 855 MPa,600 ℃ 的屈服强度为 481 MPa,满足屈服强度大于室温屈服强度的 2 / 3,- 40 ℃ 冲击功均值为 145 J,大于 69 J,满足 690 MPa 级耐火钢的要求。
