热处理对0.14C-1.25Cr-0.5Mo钢的抗氢蚀能力的影响

第24卷第5期222003年9月特殊钢SPECLS旺EL。24N05SEPTEMBER2O03热处理对014C125CR05MO钢的抗氢蚀能力的影响苏铁健李树奎王富耻北京理工大学材料科学与工程学院，北京100081摘要试验研究了经不同温度正火和回火后，014C一125CR05MO钢中M3C、C6碳化物中CR、MN、MO的含量以及充氢前后淬火和回火温度对钢的力学性能的影响。结果得出，经890980正火、670710回火，该钢具有良好的抗氢蚀能力，520620回火后试样充氢后的强度明显下降。关键词014C125CR05MO钢氢蚀热处理碳化物INFLUENCEOFHEATTREATMENTONHYDROGENATTACKRESISTANCEOFSTEEL014C125CR05MOSUTIEIIANLISHUKUIANDWANGFUCHISCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，BEIJING100081ABSTRACTECR，MNANDMOCONTENTINM3CANDC6CARBIDESINSTEEL014C125CR05MOAFTERQUENCHINGANDTEMPERINGATDIFFERENTTEMPERATUREANDTHEEFFECTOFQUENCLNGANDTEMPERINGTEMPERATUREONMECHANICALPROPERTIES0FTHESTEELWITHANDWITHOUTHYDROGENATTACKHAVEBEENTESTEDANDINVESTIGATED。THERESULTSB_REOBTAINEDTHATWITH89O980NOMAUZGAND670710TEMPERINGTHESTEELHASEXCELLENTHYDROGENATTACKRESISTANCEANDWITH520620TELXIPEZTHEHYDROGENATTACKRESISTANCEOFSTEELDECREASESOBVIOUSLY。MATERIALINDEXSTEEL014125CR05MO，HYDROGENATTACK，HEATTREATMENT，CARBIDE氢腐蚀简称氢蚀，HA是石油炼制、石油化工以及合成氨等工业领域中在较高温度下长期服役的临氢容器设备材料经常碰到的材料破坏形式。这是由于高温的环境氢分子能够溶解、渗透进入钢中，与钢中的碳元素发生化学反应生成甲烷气体，在钢的内部形成气泡或孔洞，或者在钢的表面造成脱碳J。在成分设计上它以125左右的铬和05左右的钼为基本的合金元素含量。作为强碳化物形成元素，它们可以使钢中的碳元素以化学性质较为稳定的合金碳化物的形式存在下来，并可以减缓碳在铁素体中的扩散，从而减缓在钢表面和内部发生的甲烷反应，提高钢的抗氢蚀性能J。除了化学成分，热处理工艺也将直接影响钢中碳化物的类型、尺寸、分布以及碳在基体和碳化物中的配比，从而对钢的抗氢蚀能力有非常重要的影响。1实验材料、条件和步骤实验用125CR05MO钢的成分为C014、CR139、MO053、MN055、SI058、P00O55、S00O2、A10050、B00011。钢热锻后轧制成厚4ITLRFL、宽20ITLRFL的坯料，然后热处理表1。热处理之后将材料加工成薄板拉伸试样并分成两组，其中一组进行520OC720H氢分压18MPA的充氢试验。按照NELSON曲线5】，该钢在此条件下充氢时，应发生氢蚀破坏。充氢试验利用抚顺石油三厂的氢蚀实验装置进行。表1014C125CR05MO钢热处理工艺I曲LE1HEATTREALNLENTFORSTEEL0141C5维普资讯HTTP/WWWCQVIPCOM第5期苏铁健等热处理对014T2一125CR05MO钢的抗氢蚀能力的影响232实验结果和分析21钢的组织和回火析出相钢在正火回火、淬火回火处理后组织为回火索氏体。退火处理的组织则为珠光体铁素体少量索氏体。充氢之后各类钢的组织在光学显微镜下观察并无明显变化。经过不同热处理后钢中碳化物类型和经能量发射谱EDAX成分分析结果见表2。未充氢的各号钢对于不同回火温度的情况，随着回火温度的升高，碳化物析出量增加，颗粒粗化。其中经520OC和620OC回火处理的各号钢的试样中碳化物都以沿原奥氏体晶界析出为主并聚集成堆。而670和710回火的试样中碳化物分布较为弥散。大量的选区电子衍射和微衍射分析结果表明，520OC和620回火析出相几乎全部为铬含量很低的合金渗碳体M3C。670回火试样在晶内以析出铬含量相对较高的C为主，包含少量的IC6型碳化物，但在晶界处析出较多的MC6。710回火试样在晶内和晶界的析出相几乎全部为MC6，少数试样探测到个别的M3C。无论M3C还是IC6，其合金元素主要是铬元素含量基本上都随回火温度增加而增加。充氢试样各回火温度析出相的萃取复型TEM形貌和分布表2不同热处理014C125CR05M0钢析出碳化物中合金元素含量TABLE2ALLOYDEMENTSCONTENTINPRECIPITATEDCARBIDESOFSTEEL014C125CR05MDWITHDIFFERENTHEATTREATMENTPROCESSES同相应的未充氢试样相比没有明显的变化，但碳化物中的合金元素含量特别是铬元素含量比未充氢试样有所增加。930正火后在670OC回火，随回火时间延长，钢中各类型碳化物中铬元素含量增加，较稳定的MC6型碳化物数目也有增加。淬火回火处理的碳化物比正火回火处理分布更均匀弥散，颗粒尺寸更细小，碳化物的合金元素含量更高一些表2。退火钢中的碳化物为珠光体中分布的板条状M3C、基体中颗粒状的C和MC6。22充氢前后的拉伸力学性能变化不同正火温度和回火温度对充氢前后014C一125CR05MO钢机械性能的影响见图1和图2。对于不同正火温度的情况图1，未充氢试样的抗拉强度和屈服强度随正火温度增加有所增加；对于930正火后在不同时间的670回火，随回火时间延长，抗拉强度和屈服强度降低，延伸率增加。而930淬火670回火处理与在同样温度、同样时间正火和回火处理相比强度高而延伸率接近，930退火处理的A号钢则得到最低的强度和最高的延伸率。专正火温度C图1正火温度对充氢前后014C125CR05MO钢机械性能的影响，670回火FIG1EFFECT0FNORMALIZINGTEMPERATUREOILMEEHMIEALPROPERTIESOFSTEEL014C125CR05MOWITHH1RDR啦ATTACKHAANDWITHOUTHYAROSNATTACK，TEMPERINGAT670光学显微镜和扫描电镜下未观察到材料内部的晶界气泡或孔洞、晶界微裂纹以及材料表面的脱碳等氢蚀特征，表明经上述热处理后该钢具有一一IL一睚暇啊维普资讯HTTP/WWWCQVIPCOMWWWBZFXWCOM特殊钢第24卷回火温度3230282624承2220L8L614图2回火温度对充氢前后014C一125CR05MO钢机械性能的影响，930OC正火FIG。2EFFECTOFTEMPERINGTEMPERATUREONMECHANICALPROPERTIESOFSTEEL014C125CR05MOWITHHYDROGENATTACKHAANDWITHOUTHYDROGENATTACK，NORMALIZINGAT930OC良好的抗氢蚀性能。由图2可见，未充氢试样随回火温度增加，抗拉强度和屈服强度值下降而延伸率增加。充氢试样520OC与620OC回火处理试样的强度降幅较大，尤以620OC回火处理显著，并且在光学显微镜下发现这两种试样的表面有明显脱碳现象。620回火的试样在SEM下还观察到沿原奥氏体晶界分布的甲烷气泡或孔洞图3，尺寸约为1，内部氢蚀明显。670OC和710OC回火处理的试样在充氢之后强度变化较小，表面脱碳轻微，没有观图3620OC回火试样中沿原奥氏体晶界出现的氢蚀甲烷孔洞FIG。3HYDROGENATTACKMETHANECAVITIESALONGORIGINALAUSTENITEGRAINBODAINSPECIMENTEMPEREDAT620OC察到内部的甲烷气泡。其中以670OC回火试样的抗氢蚀能力表现最佳，强度在充氢后几乎不变。与在较低的670OC回火的试样相比，710OC回火试样的强度下降幅度稍大一些。影响钢的抗氢蚀能力最重要的因素是钢中碳化物的化学稳定性。除了经过52O与620OC回火的试样，其它热处理的试样的良好抗氢蚀能力显然与钢中的M1C含有较高的铬和钼含量有关。而520OC回火和620OC回火试样的较低抗氢蚀能力可以认为是由于其中M3C的铬和钼含量较低使碳化物稳定性较低。但这一点并不能解释为什么620OC回火试样比520OC回火试样抗氢蚀能力更低，而前者的C含有更多的铬、钼元素。作者认为，虽然620OC回火使铬和钼在碳化物中的含量较高，但相应的使它们在铁素体基体中的含量较低，加上较低温度的回火条件下碳化物的析出量较少，基体中的碳含量较高，这样在很大程度上降低了基体的抗氢蚀能力。这个解释同样适用于670OC回火和710OC回火的情况。3结论1经890OC、930OC、980正火670OC回火，930OC正火10RAIN、30MIN、60RAIN670OC回火，930OC淬火670OC回火或者930OC退火处理，在本充氢条件下都具有良好的抗氢蚀能力；2经过930OC正火不同温度回火处理的钢，520OC回火和620OC回火的试样在充氢后强度都有明显下降，试样表面有明显的脱碳，特别是620OC回火的试样出现沿原奥氏体晶界分布的氢蚀孔洞。670OC回火和710OC的试样则表现较好的抗氢蚀能力。参考文献HIRTHJPMETTRAM，1980，11A861SHEWMONPGMATERSEITECHNOL，198512PARTHASARATHYTA