B含量對(duì)SA-336-F11 CL3鋼淬透性和組織的影響

張彩紅 于海濤 王浩強(qiáng)

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

SA-336-F11 CL3鋼屬于高溫承壓用合金鋼，主要用于鍋爐、壓力容器等設(shè)備。鍛件需要長(zhǎng)期工作在高溫、高壓、臨氫甚至是有毒環(huán)境下，其使用條件十分苛刻，對(duì)材料性能要求極高[1]。傳統(tǒng)材料受淬透性和制造技術(shù)的制約，已無法滿足使用要求，因此急需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)材料化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。B元素是鋼中的“維生素”，能極大的提高鋼的淬透性，增加鋼的硬度和抗張力。本文通過在SA-336-F11 CL3鋼原有材料的基礎(chǔ)上加入不同含量的B，分析不同B含量對(duì)于鋼淬透性和組織的影響。

1 冶煉鋼錠的成分

設(shè)計(jì)并冶煉了三種不同成分的鋼錠，成分見表1。D1中沒有加入B元素，D2中的B含量較D3中的多，其余成分相差不大。

表1 三種鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of three kinds ofsteel(mass fraction,%)

2 鋼的臨界點(diǎn)和CCT曲線

利用膨脹儀測(cè)定三種鋼的臨界點(diǎn)，結(jié)果見表2。合金元素的綜合作用使得鋼的Ac1點(diǎn)基本相同；含B鋼的Ac3相對(duì)較高，因B為縮小γ相區(qū)的元素，能使Ac3點(diǎn)升高。

表2 三種鋼臨界點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果(℃)Table 2 Measurement results of critical points of three kinds of steel(℃)

測(cè)試不同冷卻速度下試樣的膨脹量-溫度曲線，根據(jù)該曲線確定不同冷卻速度下相轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，繪制三種不同成分鋼的CCT曲線，見圖1。從圖1中可以看出，D1鋼臨界冷速為300℃min，D3鋼臨界冷速為300℃min，D2鋼臨界冷速為120℃min，因此B含量較多(0.0023%)時(shí)，大大提高鋼的淬透性；B含量較少(0.0008%)時(shí)，對(duì)淬透性影響不大。這是由于適量的B在奧氏體晶界發(fā)生偏聚，使奧氏體分解時(shí)新相在晶界處形核困難，造成奧氏體孕育期增長(zhǎng)，使淬透性提高。有文獻(xiàn)指出，B含量在0.002%～0.003%之間時(shí)，對(duì)鋼的淬透性影響較大。

3 模擬熱處理工藝

模擬熱處理工藝中退火溫度一般應(yīng)在Ac3以上，根據(jù)臨界點(diǎn)測(cè)試結(jié)果，同時(shí)考慮D2、D3鋼中含有B元素，B元素在較高的溫度下會(huì)促使奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，因此D1、D2和D3鋼的退火溫度(*)分別設(shè)置為960℃、960℃和970℃。鋼的模擬熱處理工藝如圖2所示。

(a)D1鋼(b)D2鋼(c)D3鋼

圖1 三種鋼的CCT曲線
Figure1 CCT curves of three kinds of steel

4 金相組織

圖3和表3為D1、D2和D3鋼經(jīng)模擬熱處理后的金相組織。從圖3中可看出，D1鋼在960℃退火可得到較細(xì)的晶粒組織，但組織主要是鐵素體和珠光體；D3鋼經(jīng)970℃退火后得到鐵素體和貝氏體組織，鐵素體含量仍較大，但其晶粒相對(duì)比較粗大，原因可能是D3的退火溫度設(shè)置的偏高，B元素在相對(duì)較高的退火溫度下會(huì)促使晶粒長(zhǎng)大；D2鋼B含量較高(0.0023%)，其淬透性大大增加，在較低的冷速下(退火爐冷冷速約為2℃min)即可得到大量的貝氏體組織，鐵素體含量較低，原因是適量的B含量可以比較明顯的抑制鋼中鐵素體在奧氏體晶界上的形核，且D2鋼CCT曲線中沒有珠光體的析出，貝氏體轉(zhuǎn)變曲線變得扁平，這些都有利于貝氏體的析出。

圖2 模擬熱處理工藝曲線Figure 2 Simulated heat treatment process curve

(a)D1鋼,退火溫度960℃(b)D2鋼,退火溫度960℃(c)D3鋼,退火溫度970℃

圖3 三種鋼不同溫度退火后的金相組織Figure 3 Microstructures of three steels after annealing at different temperatures

5 結(jié)論

(1)SA-336-F11 CL3鋼中B含量較少時(shí)，對(duì)淬透性影響不大；B含量較高(0.0023%)時(shí)，能大大提高鋼的淬透性。

(2)SA-336-F11 CL3鋼中B含量較高(0.0023%)時(shí)，在較低的冷速下可得到大量的貝氏體組織。