铜添加对9%NI钢力学延展性平衡的改善外文翻译资料

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铜添加对9%NI钢力学延展性平衡的改善

Nobuo Nakada a,b,lowast;, Junaidi Syarif c, Toshihiro Tsuchiyama b, Setsuo Takaki b

a Graduate Student of Engineering, Kyushu University, Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka 812-8581, Japan

b Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Kyushu University, 6-10-1, Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka 812-8581, Japan

c Venture Business Laboratory, Kyushu University, Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka 812-8581, Japan

Received 10 November 2003; received in revised form 26 December 2003

摘 要

铜添加对低温9%NI钢机械性能的影响已经通过多种拉伸实验被广泛研究。而含铜低温9%NI钢的力学延展性平衡也已经被讨论了，它被认为与微观结构特征有关。铜粒子微量地沉淀在回火马氏体之中。铜的添加同时也增加了沿板条边界逆变奥氏体的形成数量，因为铜被凝结成了逆变奥氏体同时改变了奥氏体的稳定性。另一方面，铜的添加分别提高了9％Ni钢屈服强度和拉伸强度，这是因为由铜粒子进行了沉淀强化，同时也没有损失延展性。由于铜加入对均匀伸长率的改善可以被解释为有形变倾向的马氏体相变过程中存在逆变奥氏体（TRIP辅助效应）。得出的结论是Cu的添加不仅通过TRIP辅助效果增加了加工硬化率，并且抑制了缩颈变形的发生。

copy; 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

关键词：9％Ni钢、铜、沉淀强化、加工硬化、逆变奥氏体、TRIP辅助效应

1. 介绍

铁-9 %镍- 0.1% C合金简单的被称为9%NI钢被称为是一种重要的低温结构材料，被应用于LNG大型容器及管道运输。9%Ni钢卓越的低温韧性主要来源于在回火处理下在二元相区(alpha;rsquo; ferrite)部分马氏体（alpha;rsquo;）回复从而产生的散步的奥氏体相（gamma;）。另一个方面，9%NI钢的强度要求不断在提高，因为液化天然气储罐的尺寸被设计更大，但是其钢板厚度却没有增加，保证其总重量不变。9%Ni钢的强度可以通过增加碳的含量显著增加，然而，如果这么做的化韧性和焊接性将被显著降低。因此，增加碳含量不会被作为一个可靠方式来增加9%Ni钢的强度。因为这个原因作者试图通过在之前文献中添加Cu的方法来强化9％Ni钢，发现9％Ni钢的强度由于Cu添加导致Cu粒子微细分散形成沉淀强化而显着增加。例如，添加的3％Cu的回火9％Ni钢增加的硬度约HV0.5 GPA。除了强化效果，铜可用于控制逆变gamma;的形成，因为铜是一个奥氏体稳定化元素，并凝结成奥氏体。作者还认为，逆变奥氏体的体积分数和化学组成是根据Cu的含量变化的。因此，如果逆变奥氏体的数量和稳定性受到适当的控制，9%Ni钢的延展性可也由铜添加来改善

在这项研究中，含Cu 9%Ni钢的拉伸性能被进行实验来了解Cu添加对9%NI钢力学延展性平衡的改善，然后逆变奥氏体对延展性的作用，也从钢的加工硬化行为方面进行了讨论。

表格 1

化学成分组成 (质量分数) 和 9%Ni 钢的硬度与马氏体结构构造的关系

Ni Cu C Si Mn P S N Fe HV (GPa)

基础-钢 9.10 – 0.110 0.23 0.57 0.004 0.001 0.024 Balance 3.95

0.5Cu-钢 9.06 0.67 0.102 0.05 0.33 0.005 0.016 0.0051 Balance 4.02

1Cu-钢 9.07 1.19 0.107 0.05 0.33 0.005 0.019 0.0048 Balance 4.06

2Cu-钢 9.18 2.23 0.095 0.05 0.32 0.005 0.015 0.0045 Balance 4.10

3Cu-钢 8.99 2.91 0.110 0.04 0.33 0.004 0.013 0.0046 Balance 4.14

Fig. 1. Optical micrographs and transmission electron micrographs showing martensite lath structure in base-steel (a), (b), 1Cu-steel (c), (d) and 3Cu-steel (e), and (f).

Fig. 2. Relation between tempering temperature and volume fraction of reversed austenite which is retained at room temperature in base-steel and 3Cu-steel. Specimens were water-quenched after the tempering for 3.6 ks.

Fig. 3. Change in the volume fraction of reversed austenite which is retained at room temperature as a function of Cu content in steels.

Fig. 4. Transmission electron micrographs of base-steel (a), (b), 1Cu-steel (c), (d) and 3Cu-steel (e), and (f) tempered at 873K for 3.6 ks.

Fig. 5. Transmission electron micrographs showing microstructure within matrix structure in 3Cu-steel tempered at 873K for 3.6 ks.

表格2

在室温下冷却试样的逆变奥氏体含量和热处理试样在热处理温度873K持续3.6ks的逆变奥氏体含量与化学成分组成 (质量分数) 的关系

Reversedgamma; Temperedalpha;rsquo;

Ni Cu C V_ (vol.%) Ni Cu C (as theta;)

基础-钢 　16.0 – lt;0.04 9.0 8.42 – lt;0.1

0.5Cu-钢 13.0 2.21 lt;0.04 9.1 8.67 0.52 lt;0.1

1Cu-钢 　 12.8 1.78 lt;0.04 10.7 8.62 1.12 lt;0.1

2Cu-钢 13.5 2.64 lt;0.04 12.7 8.55 2.17 lt;0.1

3Cu-钢 13.0 4.17 lt;0.04 13.7 8.35 2.71 lt;0.1

1. 实验程序

本研究中所用的材料是铁-9 %镍（0-3）%铜- 0.1% C合金。钢的化学成分在表1中列出。1.5千克钢锭在1473 K的温度下均化处理，时间为7.2 KS，然后在1223 K的温度下热轧成为7毫米厚的钢板，再对得到的钢板进行水淬处理。在奥氏体单相区即1173 K的温度下，进行水淬处理，时间为1.8 KS。马氏体组织的试样的硬度也见表1。最后，样本经过3.6 KS 在873 K温度下即（奥氏体 铁素体）双相区进行回火，最后试样如图所示。

根据微观结构与光学显微镜（光学显微镜）以及透射电子显微镜（透射电子显微镜）观察，观察标本化学蚀刻（采用OM 3%硝酸酒精溶液浸蚀剂）。用10%高氯酸和90%醋酸溶液进行薄膜样品制备，采用透射电镜观察双射流抛光方法。进行拉伸试验时，我们采用Instron型试验机，对于3 x 10 mm的尺寸圆柱试件我们采用10^-3/s^-1初始应变速率。用饱和磁化率测量法测量了4的反向磁化率。使用TEM，X射线能量色散谱确定了gamma;的化学成分（XEDS）。我们设置了一个位于靠近TEM试样孔的颠倒XEDS测量颗粒以消除马氏体基底的影响。

Fig. 6. Transmission electron micrographs of base-steel tempered at 873K for 3.6 ks. Dark field images show theta; (b) and reversed _ (c). Figure (d) is a schematic illustration showing the nucleation of reversed _ on a theta; particle.

Fig. 7. Ms temperature of reversed austenite in the steels tempered at 873K for 3.6 ks.

Fig. 8. Stress–strain curves of base-steel, 1Cu-steel and 3Cu-steel.

Fig. 9. Changes in mechanical properties as a function of Cu content in steels.

Fig. 10. Changes in true stress and work-hardening rate as a function of true strain in base-steel, 1Cu-steel and 3Cu-steel.

Fig. 11. Changes in the increment of volume fraction of martensite ( a_) as a function of true strain in base-steel, 1Cu-steel and 3Cu-steel.

Fig. 12. Relation between martensite transformation rate and workhardening rate in steels.

3、结果与讨论

3.1. 9%镍-铜-钢的显微组织

图1表明了光学显微镜，铜9% Ni钢TEM（A），（B）（base-steel）9% ni-1 %的铜钢（3Cu-steel）（c），（d）和9% ni-3 %的铜钢(3Cu-steel)（e）和（f）则是进行水淬处理后采用在1173 k温度下保持1.8 KS的补充方案处理。研究发现，每个样品具有典型的板条马氏体结构，Cu和Ce对板条马氏体的形态没有影响。另一方面，众所周知，9%含镍马氏体钢，回火造成了其微观结构的变化，如位错密度降低，逆向马氏体的析出以及渗碳体的形成。此外，在含铜的9%镍钢情况下，铜可以沉淀在马氏体基质中，同时也影响到奥氏体的稳定和逆转奥氏体的含量，因为铜是一种稳定奥氏体元素。图2显示了在室温下冷却后，回火温度和逆向奥氏体数量之间的关系。在base-steel和3Cu-steel两个样品中，逆向奥氏体是在温度823 K下由回火处理形成的。逆向奥氏体体积分数随着温度的上升而增加并在873 K达到峰值。在base-steel和3Cu-steel两个样品中逆向奥氏体的峰值分别为9 vol.% 和14 vol.%。，当温度达到873 K以上时，逆向奥氏体体积分数开始减小。这是由于冷却时

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