论文部分内容阅读
合金钢作为海洋工程装备的关键结构材料,广泛应用于海洋工程中的钻井平台、生产平台以及海底管道等。由于海洋工程用钢的服役时间久,工作环境恶劣且维修成本高,因此要求其具备高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性等特点并满足大厚度、大规格化的生产要求。其中,由于工作环境的特殊性,一些海洋结构中的关键部件往往需采用高性能的铸锻件。而目前来看,我国在海洋工程用铸锻钢方面的研究较为薄弱,很多重要的零部件仍需依靠进口,急需加大研究力度来改善此种现状。论文对自主设计的主要应用于海洋工程领域的低碳合金钢进行铸造与锻造处理,运用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪、X射线衍射仪(XRD)、万能拉伸试验机、冲击试验机、电化学工作站和模拟海水浸泡等分析测试手段研究了奥氏体化温度、奥氏体化保温时间、淬火冷却方式以及回火温度对铸造和锻造态低碳合金钢的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律与机理,进而得出最佳热处理工艺参数以提高合金钢的综合力学性能。研究结果表明,制备的低碳合金钢的组织为铁素体和珠光体。铸态合金钢的硬度为HRC29,抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为835MPa、676MPa、8%和33%;经锻造退火处理后,合金钢的硬度为HRC28,抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为728MPa、614MPa、15.3%和55.4%。综合来看,与铸态的相比,合金钢锻造退火处理后虽强度降低,但塑韧性提高。在840~920℃之间,随着奥氏体化温度的升高和保温时间的延长,合金钢淬火后的板条马氏体数量增加,板间距增大,硬度先升高后降低,在900℃保温30min淬火后,组织中板条马氏体最为细小均匀且硬度达到最高。采用不同淬火介质时,合金钢的硬度在水淬时最高,油淬次之,空冷时最低;在200~600℃之间回火时,随着回火温度的升高,合金钢的淬火组织逐渐转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体,强度逐渐下降,塑韧性不断增强,冲击韧性先下降后升高;在300~500℃时出现回火脆性,在500℃时出现回火二次硬化现象。综合考虑,确定合金钢的优化热处理工艺为:900℃保温30min油淬后600℃回火。采用优化的工艺热处理后,铸态合金钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为725MPa、682MPa、13.3%和64.5%,冲击韧性为124J/cm~2;锻造态合金钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为706MPa、658MPa、15.5%和66.5%,冲击韧性为366J/cm~2,具有良好的综合力学性能,可广泛用于海洋锚链、海洋平台等结构中。电化学测试结果表明,随着回火温度的升高,铸态和锻造态合金钢在模拟海水中的耐腐蚀性能均逐渐增强,在600℃回火后耐腐蚀性能最好,并且锻造态均好于铸态合金钢的。浸泡实验结果表明,经600℃回火处理的锻造态合金钢在模拟海水中的腐蚀速率初期下降明显,随着浸泡时间的延长,腐蚀速率趋于平稳,腐蚀产物不断增多增厚。腐蚀产物主要由纤铁矿(γ-FeOOH)、针铁矿(α-FeOOH)、铬的氧化物(CrOOH)三相组成。