论文部分内容阅读
高强度低合金钢(HSLA)主要用于海军战舰、潜水艇外壳及采矿和挖掘设备等，该类钢以在回火下产生高强度和耐冲击性而受到关注。其设计思想是减少钢中的C含量到0.05%(质量分数)，以此来改善韧性和焊接性；增加Cu含量到1%-2%，通过析出纳米级富Cu相来增加钢的韧性和强度。Cu在铁素体中溶解度很低，当奥氏体快速冷却至室温时，铁素体中Cu处于固溶过饱和状态。钢件在某一温度下保温时，过固溶状态下的Cu会扩散偏聚，促进富Cu相的形核、长大和粗化，富Cu相能够强化钢件。本文选用船板钢，经过900℃奥氏体化处理30min后水淬，在500℃下等温回火不同时间及在不同温度下等时回火1h。利用原子探针层析技术(APT)、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等分析技术研究了在不同回火条件下的富Cu相析出，得出如下结论：（1）显微组织观察显示，在回火过程中，基体发生软化，富Cu相析出强化；马氏体板条局部出现凸起，板条界面出现移动，如此重复的局部凸起与移动致使整个板条的移动，从而与其他板条融合，板条界模糊，基体逐渐由板条状马氏体转变为多边形状铁素体；（2） APT分析显示，当变换Cu等浓度值时，在富Cu相析出的不同阶段，APT中显示的Cu团簇个数变化幅度不同。在富Cu相的形核阶段，Cu团簇的数量变化幅度较大；在富Cu相的粗化阶段，Cu团簇的数量基本上保持不变；（3） APT分析显示，基体中析出的Cu团簇的数量密度可高达1024/m3；在富Cu相与基体的过渡层处偏聚有合金元素Ni和Mn，形成了富Ni、Mn层包裹着Cu团簇核心的的核-壳结构，此结构有助于抑制富Cu相的粗化；在过渡层上，Mn的浓度峰值较Ni的浓度峰值更加靠近Cu团簇核心一侧；在椭圆形富Cu相两端偏聚的原子Ni、Mn浓度较在其侧面处偏聚的浓度要高；（4）试样在400℃-1h的热处理下，相界面上会优先于基体析出大量Cu团簇，并且在相界面上偏聚有原子C、Mn、P、Cu；在500℃-4h的热处理下，相界面上析出有Cu团簇，并且偏聚有原子Cr、Mo、C，在位错线上富集有原子C、Mo，位错线上的Cu团簇与C团簇间隔排列；（5） HRTEM分析显示，回火条件下，基体中析出具有9R、fcc晶体结构的富Cu相；富Cu相镶嵌在基体中，易与基体晶格相互作用产生Moiré条纹像；Digital Micrograph分析显示存在有9R结构的富Cu相晶体尺寸大于具有fcc结构的富Cu相晶体尺寸，表明富Cu相结构与其尺寸之间不存在明显的联系。