06Ni9DR钢板热处理过程中的外形尺寸变化分析.pdf
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1、总第2 11期2023年第8 期试(实)验研究06Ni9DR钢板热处理过程中的外形尺寸变化分析王绍禄,蔡连东,孟灿(山钢集团日照有限公司中厚板厂,山东日照2 7 6 8 0 5)摘要:选取0 6 Ni9DR钢板为研究对象,在同组钢板同一位置处测量热处理前后其外形尺寸数据,研究热处理前后06Ni9DR钢板外形尺寸的变化机理。结果显示:在一次和二次淬火前后,0 6 Ni9DR钢板在宽度、长度上均有增加,但膨胀率不同;厚度尺寸均发生减薄,但膨胀率不同;厚度方向收缩率随钢板厚度的增加而增大。分析认为,热处理过程中0 6 Ni9DR钢板相变层的膨胀量大于未相变层的屈服应变,致使未相变的奥氏体层发生塑性延
2、伸;根据体积不变定律,宽度、长度方向的延伸造成厚度方向的减薄。关键词:0 6 Ni9DR钢板;热处理;外形尺寸变化中图分类号:TG1610引言在国家大力发展低碳经济、推动减污降碳协同增效的大环境下,液化天然气(LNG)作为一种清洁能源得到广泛应用,同时(LNG)储罐用钢0 6 Ni9DR钢也得到高度重视,对其组织性能展开一系列研究 1-11。山钢集团日照有限公司中厚板厂的0 6 Ni9DR钢板在轧制完成后,先后进行火切定尺与热处理(一二次淬火、回火)。但在生产中发现,火切定尺后的0 6 Ni9DR钢板经过热处理后,其在宽度、长度方向上的尺寸均显著增大,订单尺寸公差偏差大,影响正常交货;而厚度尺
3、寸发生明显减薄,存在质量异议风险。为分析钢板热处理过程中尺寸发生变化的因素,保证交货质量,本文统计0 6 Ni9DR钢板在不同热处理阶段的尺寸变化情况,为后续火切定尺以及控制钢板厚度变化提供理论依据。1试验材料与方法将山钢集团日照有限公司中厚板厂生产的06Ni9DR钢板作为试验材料,为探究影响钢板尺寸变化的因素,随机选取最薄、最厚、中间厚度三个厚度规格,且宽度、长度均相同的钢板各2 块,共计6 块钢板作为试验材料。为减小误差,由同一人在相同位置,用卷尺及测厚仪(已校准)测量未经热处理钢板及热处理(一二次淬火、回火)后钢板的尺寸变化。2试验结果与分析2.1试验结果表1所示为0 6 Ni9DR钢板
4、一次火前后的尺寸变化,可以发现,钢板淬火前后厚度、宽度和长度均发生明显变化,其厚度方向膨胀变化率为-0.9 5%-1.17%,宽度方向膨胀变化率为0.6 8%0.7 8%,长度方向膨胀变化率为0.6 7%0.7 1%。通过对比,发现长度和宽度方向的膨胀率较为接近,故推测两者尺寸发生改变的原理相似。根据体积不变定律,应是由于宽收稿日期:2 0 2 3-0 2-16第一作者简介:王绍禄(19 7 3一),男,山东济南人,毕业于北京科技大学,本科,工程师,主要从事中厚板方面的研究工作。山西冶金ShanxiMetallurgy文献标识码:A度、长度方向的延伸造成了厚度方向的减薄。表1一次淬火前后0 6
5、 Ni9DR钢板的尺寸-次淬火前尺寸/mm一次淬火后尺寸/mml板号厚宽长厚宽长厚宽长130.5535051191030.20353211995-1.140.78 0.71230.6335071190530.27353411989-1.170.77 0.70120.5335041189520.30353011974-1.080.760.67220.623.5061191520.403 53311995-1.090.770.68110.523.5031190610.41352611989-1.000.680.70210.4935051191310.39352911995-0.950.690.69
6、钢板二次淬火前后的尺寸测量结果如表2 所示,钢板淬火前后厚度、宽度和长度均发生变化,厚度方向膨胀变化率为-0.0 9%-0.40%,宽度方向膨胀变化率为0.0 7%0.16%,长度方向的膨胀变化率为0.01%0.06%。表2 二次淬火前后0 6 Ni9DR钢板的尺寸-次火后尺寸/mml二次淬火后尺寸/mm板号厚宽长厚宽长厚宽长130.2035321199530.08353712001-0.390.15 0.05230.2735341198930.15354011996-0.400.160.06120.3035301197420.24353311.976-0.280.090.02220.4035
7、331199520.34353611999-0.300.080.03110.413.5261198910.40352811990-0.090.070.01210.3935291199510.38353111996-0.090.07 0.01回火前后钢板尺寸测量结果如表3所示,06Ni9DR钢板在回火过程中厚度、宽度、长度尺寸膨胀率小于0.0 5%,通过对比,0 6 Ni9DR钢板尺寸在回火过程中变化较小,由于测量误差的存在,因此回火对0 6 Ni9DR钢板尺寸的影响可忽略。2.2分析讨论06Ni9DR钢淬火前后尺寸影响因素与组织转变Total 211No.8,2023DOI:10.16525/
8、14-1167/tf.2023.08.020文章编号:16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 0 49-0 3膨胀率/%膨胀率/%山西冶金50E-mail:第46 卷表3回火前后0 6 Ni9DR钢板的尺寸二次淬火后尺寸/mm回火后尺寸/mm板号厚宽长厚宽长厚宽长效应的作用下,表层奥氏体组织在没有转变前体积130.08353712002.1970230.15353911996.193430.14354011996-0.030.03120.24353311976.394820.243.53311976-0.020.01220.34353611997.399020.3443536119
9、97-0.01110.403.52811990.198910.40352811990210.383531111996.199510.38353111996情况如图1所示,经过两次相变,组织由过冷奥氏体转变为马氏体组织。如图2 所示,在相变体积效应与温度体积效应共同作用下,0 6 Ni9DR钢在热处理过程中尺寸会改变,温度膨胀曲线偏转两次 12 。如图2 一阶段所示,由于温度体积效应的存在,在奥氏体由高温(8 0 0)状态降温至临界温度(约50 0)状态的过程中,随转变温度逐渐降低,0 6 Ni9DR钢板体积产生线性收缩。第一次偏转如图2 二阶段开始段所示,当处于临界转变温度的马氏体开始转变时,
10、温度膨胀曲线的线性关系开始偏离,此时相变体积效应占据主导地位,因此随着温度降低,温度膨胀曲线升高。如图2 二阶段线性段所示,随着温度继续降低,马氏体增加,温度膨胀曲线线性增长。第二次偏转如图2结束段所示,此时温度体积效应占据主导地位,温度膨胀曲线再次偏转。如图2 三阶段所示,当马氏体相变快结束时,此时仅受温度体积效应影响,温度膨胀曲线再次偏转,随时间延长,马氏体相变彻底结束,此时仅受温度体积效应影响,温度膨胀曲线再次呈线性关系,并且由于奥氏体相与马氏体相热膨胀率不同,温度膨胀曲线第一阶段和第三阶段的斜率不同。奥氏体(高温)A一相变体积效应BB一温度体积效应奥氏体(低温)A、B马氏体(低温)B3
11、所示。随着冷却时间的增加,淬火过程中由表层至膨胀率/%心部0 6 Ni9DR钢板温度逐渐降低,因此在温度体积30.077353812002-0.030.0200000000000便发生收缩。但在温度梯度作用下,表层收缩程度比内层剧烈,使封闭的内部产生压应力,塑性变形不会在心部产生。板厚方向图30 6 Ni9DR钢淬火中表层心部温度示意图在一次淬火过程中,马氏体相转变首先发生在06Ni9DR钢板表层,由于晶格类型改变,钢体积膨胀,导致相邻的未相变奥氏体层在轧制以及宽度方向上存在拉伸应力,如图4-1所示。但相变区间内的奥氏体屈服应变较小 13,如图4-2 所示,因此当相变马氏体膨胀量超过未相变奥氏
12、体的屈服应变时,为保持厚度方向上的连续性,在轧制及宽度方向上相变奥氏体层便产生塑性延伸,导致0 6 Ni9DR钢板尺寸初次变大。如图4-3所示,已经发生塑性延伸的奥氏体层则继续转变,但由于体积膨胀效应的存在,此时相变后奥氏体膨胀量大于表层,导致表层马氏体层中持续发生塑性延伸,最终再次增大了0 6 Ni9DR钢板的长度与宽度尺寸。如图4-4所示,随着转变时间的延长,马氏体转变逐渐向内部转移,进而产生了收缩应力。上冷却喷嘴钢板运动方向高温区。下冷却喷嘴铁素体(室温)图106Ni9DR钢热处理相变图35030025012015010050-50800700600500温度/400300 200图2
13、0 6 Ni9DR钢冷却过程温度膨胀曲线为分析淬火过程中厚度方向上的温度变化,选取06Ni9DR钢板厚度方向上的一个单元进行研究,如图马氏体(室温)第一阶段第三阶段第二阶段4-1外层内4-2奥氏体4-3相变中4-4相变后应力变化层塑性延伸的应力分布图40 6 Ni9DR钢热处理过程中应力变化示意图二次淬火过程中,受马氏体相变的影响,部分未转变的残余奥氏体在长度方向上发生同类型改变,这与一次淬火所得结果相符。在下一步的回火过程中,由于淬火马氏体并未发生晶格类型相变,回火过程中06Ni9DR钢板尺寸无明显改变。3结论1)06Ni9DR钢板在一、二次淬火前后厚度、宽度、长度会改变,宽度膨胀变化率为0
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