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二次硬化型超高强度钢Ferrium S53组织和力学性能研究

张晓蕾  
【摘要】:从20世纪50年代至今,经过半个多世纪的研究发展,超高强度钢已成为材料科学与工程专业的一个专门学科领域,并从初期的低合金超高强度钢逐步发展到目前的高合金二次硬化型超高强度钢。本论文主要研究一种新型二次硬化型超高强度钢Ferrium S53的组织和力学性能。 Ferrium S53钢是20世纪末由美国QuesTak公司研发的一种结构用二次硬化超高强度耐蚀钢,其名义成分为0.21C-14Co-10Cr-5.5Ni-2Mo-1W-0.3V。从现有的数据来看,Ferrium S53钢的抗拉强度约为1930MPa,屈服强度约为1580MPa,断裂韧性大于55MPa·m1/2,其力学性能与现有的300M钢相当,但具有比300M钢耐蚀的优点。 本文依照Ferrium S53钢的名义成分,试制了一炉试验钢,通过力学性能测试、金相电子显微镜,扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等分析方式对不同回火条件下Ferrium S53钢的力学性能、组织和回火过程中产生的析出相进行研究,分析总结回火过程中力学性能的变化以及组织和析出相的转变。 经过实验发现,Ferrium S53钢在200℃回火,组织中存在较多残余奥氏体,并析出大量ε-碳化物,此时钢的强度随回火温度的升高而提高,但韧性略有降低;300℃回火时,组织中析出大量渗碳体,钢的强度提高,韧性下降;随着温度的提高,渗碳体溶解,组织中出现M2C碳化物和逆转变奥氏体,强度、硬度迅速提高。冲击功基本保持稳定。当回火温度达到560℃时,M2C碳化物和逆转变奥氏体均发生粗化,在组织中出现M23C6碳化物,Ferrium S53钢的力学性能下降。 Ferrium S53钢强度的提高主要依靠来自于回火过程中在高位错密度板条马氏体上弥散析出的M2C碳化物起到第二相强化的作用,高纯度冶炼工艺和回火过程中在马氏体板条间析出的薄膜状逆转变奥氏体提高了Ferrium S53钢的韧性。


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