五金解讀：非調(diào)質(zhì)鋼MFT8的高溫拉伸與持久性能

      通過高溫拉伸和持久實驗研究了非調(diào)質(zhì)鋼MFT8 的高溫力學(xué)性能，用掃描電子顯微鏡觀察高溫拉伸和持久實驗試樣的斷口形貌及組織演變規(guī)律。結(jié)果表明，從室溫至500 ℃范圍內(nèi)，MFT8 鋼晶粒尺寸、析出相形貌未發(fā)生明顯變化，高溫強度的降低主要由于位錯強化作用的減弱; 在450 ℃條件下，MFT8 鋼具有以穿晶斷裂和高塑性為代表的低溫蠕變特點，材料內(nèi)部雖然出現(xiàn)部分蠕變孔洞，但導(dǎo)致蠕變斷裂的主要原因為析出相顆粒處應(yīng)力集中引起的楔形開裂; 對持久數(shù)據(jù)的線性外推得出，MFT8 鋼450 ℃在10 萬小時的持久強度為184. 4 MPa。

      非調(diào)質(zhì)鋼由于具有與調(diào)質(zhì)鋼相近的力學(xué)性能，同時省去了淬火、回火等高能耗工序，近年來獲得了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。作為典型的冷作強化型非調(diào)質(zhì)鋼，MFT8 采用熱軋后冷拔與時效處理相結(jié)合的工藝手段，綜合利用細晶強化、位錯強化、彌散強化等方法，使其強度滿足8. 8 級緊固螺栓的國家標準，在汽車制造等領(lǐng)域已經(jīng)得到充分的應(yīng)用。目前，對于非調(diào)鋼的研究主要集中于強韌化機制分析和加工生產(chǎn)流程的改良，即已經(jīng)建立起該類材料在常溫下組織、性能和生產(chǎn)工藝之間關(guān)系的系統(tǒng)理論。值得注意的是，在能源動力等領(lǐng)域同樣大量需求高溫緊固件，如果非調(diào)質(zhì)鋼可以應(yīng)用于這些領(lǐng)域，將有利于我國節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。然而，按照經(jīng)典理論，非調(diào)鋼的多種強化機制在高溫下均存在退化的可能，如晶粒粗化、位錯對消、析出相回溶等。

      目前對非調(diào)鋼高溫力學(xué)性能的研究比較少，且主要為瞬時高溫拉伸性能的報道，缺少對材料熱強性，即高溫蠕變持久性能的研究。針對以上問題，本文對非調(diào)質(zhì)鋼MFT8 的高溫拉伸和持久性能進行分析，研究高溫下不同強化機制的減弱程度，分析高溫拉伸與持久的斷裂行為，為擴展該材料的應(yīng)用范圍提供理論和實驗基礎(chǔ)。

1、實驗材料及方法

      實驗用MFT8 冷作強化非調(diào)質(zhì)鋼的名義成分如表1 所示，經(jīng)過熱軋的MFT8 鋼直徑為11. 2 mm，冷拔至直徑9. 0 mm 后，在250 ℃條件下保溫2 h 以獲得最佳的常溫力學(xué)性能。經(jīng)過該標準生產(chǎn)流程，MFT8 鋼的組織形貌如圖1 所示，基本組織為鐵素體+ 碎化珠光體，晶粒度為12 級( 按照GBT 6394 -2002 測定) 。

表1 非調(diào)質(zhì)鋼MFT8 的名義化學(xué)成分( 質(zhì)量分數(shù)，%)

非調(diào)質(zhì)鋼MFT8 的名義化學(xué)成分

MFT8 鋼的原始組織

圖1 MFT8 鋼的原始組織( a) 和析出相形貌( b)

      高溫拉伸實驗溫度選定為100、150、200、250、300、400 和500 ℃，實驗按照GB /T 4338 - 1995 進行。持久實驗在GNCJ-100 型蠕變持久試驗機上進行，實驗條件由高溫拉伸測試結(jié)果分析得出，具體溫度為450 ℃，應(yīng)力范圍為680 ～ 290 MPa。所有試樣在斷裂后用JSM-6360LV 掃描電鏡進行斷口觀察，同時為了分析高溫拉伸和持久過程中的組織演變，在斷口后方的平行區(qū)域內(nèi)分別沿縱向、橫向取樣進行形貌分析。用于組織觀察的試樣經(jīng)標準金相制樣方法( 砂紙打磨+ 機械拋光) 處理后，采用4%硝酸酒精溶液侵蝕。

2、結(jié)論

1) 在室溫至500 ℃范圍內(nèi)，MFT8 鋼的晶粒尺寸和析出相形貌沒有明顯變化，屈服強度和抗拉強度的降低主要由于位錯強化機制的減弱;

2) 在450 ℃條件下，MFT8 鋼表現(xiàn)出典型的低溫蠕變特點，材料為穿晶斷裂并具有較高的塑性，試樣內(nèi)部雖然出現(xiàn)部分蠕變孔洞，但導(dǎo)致蠕變斷裂的原因為析出相顆粒處應(yīng)力集中引起的楔形開裂;

3) 持久數(shù)據(jù)的線性外推結(jié)果表明，MFT8 鋼在450 ℃10 萬小時的持久強度為184. 4 MPa，在強度層面已經(jīng)具備了代替火電廠用同等級調(diào)質(zhì)鋼的潛質(zhì)。