06Ni9DR钢板热处理过程中的外形尺寸变化分析.pdf

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 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 0.05230.2735341198930.15354011996-0.400.160.06120.3035301197420.24353311.976-0.280.090.02220.4035331199520.34353611999-0.300.080.03110.413.5261198910.40352811990-0.090.070.01210.3935291199510.38353111996-0.090.07 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:10.16525/14-1167/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130.08353712002.1970230.15353911996.193430.14354011996-0.030.03120.24353311976.394820.243.53311976-0.020.01220.34353611997.399020.344353611997-0.01110.403.52811990.198910.40352811990210.383531111996.199510.38353111996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，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 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0.6 8%0.9 3%，长度膨胀变化率为0.7%0.7 6%，厚度膨胀变化率为-1.0 4%应力分布2023年第8 期王绍禄，等：0 6 Ni9DR钢板热处理过程中的外形尺寸变化分析51-1.57%。2)钢板厚度尺寸膨胀变化率受厚度影响较大,随着钢板厚度的增加,厚度方向减薄量增加。3)06Ni9DR钢热处理过程中尺寸变化主要发生在一、二次淬火阶段，主要由表层相变层的膨胀量与未相变奥氏体层的屈服应变量共同影响。当表层相变层的膨胀量比未相变层的屈服应变量大时,淬火后尺寸便会改变，反之，尺寸则不会变化。参考文献1安丰辉,王道远,刘春，等.9 Ni 钢板热处理过程中的尺寸变化 J金属热处理，2 0 15,40（4）：19 4-19 7.2孟祥敏，李光来，张弗天，等.9 Ni钢中马氏体间规则界面结构的电镜研究 J.金属学报，19 9 8,34（6)：56 5-57 0.3张坤，唐荻，武会宾，等.两相区淬火对9 Ni钢中逆转变奥氏体的影响 J.材料热处理学报，2 0 12,33（8）：59-6 3.4杨跃辉，蔡庆伍，武会宾，等.两相区热处理过程中回转奥氏体的形成规律及其对9 Ni钢低温韧性的影响 J.金属学报，2 0 0 9,45(3):270-274.Dimensional Change of 06Ni9DR Steel Plate During Heat Treatment(Wide Plate Plant,Shangang Rizhao Iron&Steel Co.,Ltd.,Rizhao Shandong 276805,China)Abstract:In order to study the mechanism of the dimensional change of 06Ni9DR steel in heat treatment process,the length and width inthe sameplace of the 06Ni9DR steel sample were measured before and after heat treatment.The results show that before and after primaryand secondary quenching,the width and length of 06Ni9DR steel plate increase,but the expansion rate is different;The thickness and sizeare all reduced,but the expansion rate is different;The shrinkage rate in the thickness direction increases with the increase of steel platethickness.Analysis shows that during the heat treatment process,the expansion of the phase change layer of 06Ni9DR steel plate is greaterthan the yield strain of the non phase change layer,resulting in plastic extension of the non phase change austenite layer.According to thelaw of volume invariance,the extension in the width and length directions causes thinning in the thickness direction.Key words:06Ni9DR steel plate;heat treatment;dimensional change（上接第46 页）The Influence of Waste Cathode Pickling Process on Carbon Purity in Aluminum ElectrolysisAbstract:In order to solve the problems of environmental pollution and resource waste caused by improper treatment of aluminumelectrolysis waste cathodes,the experimental plan and equipment selection were completed according to the analysis of pickling process flow.On this basis,the experiments on the impact of reaction temperature,time,and hydrochloric acid mass fraction on carbon purity of aluminumelectrolysis waste cathodes pickling process were mainly completed,and the optimal pickling process parameters were ultimately obtained tolay a theoretical foundation for achieving efficient treatment results in the future.Key words:aluminum electrolysis waste cathode;acid washing process;carbon purity;mass fraction of hydrochloric acid;solid-liquid ratio（上接第48 页）Analysis of Neutralization Residue in Rare Earth Smelting Separation Wastewater(Guangxi Guosheng Rare Earth New Materials Co.,Ltd.,Chongzuo Guangxi 532200,China)Abstract:This article briefly introduces the sources of rare earth smelting separation production wastewater,and conducts experimentalanalysis on the composition of neutralization slag in acidic wastewater.It is found that the water mass fraction of neutralization slag inwastewater accounts for over 60%,and the calcium and magnesium carbonate mass fraction ranges from 8.1%to 15.3%,which are the mainreasons for the large amount of neutralization slag,leading to an increase in subsequent production costs.In response to the above reasons,optimization of the process flow and other improvement measures have been proposed,which can effectively reduce the amount ofneutralization slag in wastewater.Key words:rare earth;wastewater;neutralization residue5谢章龙，刘振宇，陈俊，等.双相区保温温度对9 Ni钢组织性能的影响及增韧机理 J.材料热处理学报，2 0 13,34（5)：51-57.6陈社鹏，刘学彬，李耿.LNG低温储罐用9 Ni钢的焊接性能研究J.热处理技术与装备，2 0 11,32（3)：38-41.7周勇，郝世英，岳志宏，等.多次热循环对9 Ni钢热影响粗晶区低温韧性的影响 J金属热处理，2 0 0 9,34(2)：7 0-7 4.8苏航，赵希庆，潘涛，等.QLT处理9%Ni钢低温拉伸性能的研究J.钢铁,2 0 12,47(7):55-58.9张坤，唐荻，武会宾.回火保温时间对9 Ni钢逆转变奥氏体和低温韧性的影响 J.金属热处理，2 0 12,37(3)：8 5-8 8.10邹志文，朱绪祥,刘东升.热处理对9 Ni钢组织和深冷韧性的影响 J.金属热处理，2 0 12,37(12)：46-50.11谢章龙，刘振宇，王国栋.热处理工艺对9 Ni钢组织与性能的影响 J.金属热处理，2 0 10,35(6)：37-42.12胡湘红.9 Ni钢固态相变规律探讨 J.宽厚板，2 0 0 7,13（6）：33-39.13杨跃辉，蔡庆伍，武会宾，等.9 Ni钢的高温变形行为及其数学模型研究 J.热加工工艺，2 0 0 9,38(12)：1-3.（编辑：武倩倩）Wang Shaolu,Cai Liandong,Meng CanWangBiao(Xingren Energy Bureau,Xingren Guizhou 562300,China)Zhuang Hui,Pan Jiangtao,Liu Guogan