冷却初期,T/4位置的冷却速度高于T/2位置,且增加速度快于T/2位置,这与a中二者的冷却曲线是一致的;在冷却时间为530min期间,前者开始下降,后者开始增加,因此,冷却曲线的差距减小;冷却30min后,T/4位置的冷却速度甚至低于T/2位置,二者冷却曲线不断接近;当达到300以下时,二者的冷却速度趋于平稳且差别不大。后来,对实际锻件不同位置冷却曲线的测量结果表明模拟结果比较可靠。比较来看,实验钢的高温转变临界冷速比SA508-3有所降低,这表明通过成分设计,实验钢的淬透性比SA508-3获得提高。此外,比较实验钢和SA508-3的CCT图还可以看出,W合金化使实验钢的Bs点比SA508-3下降。
模拟淬火不同回火温度下实验钢的抗拉强度、屈服强度和冲击韧度。随着回火温度上升,实验钢的抗拉强度和屈服强度均下降,当温度升高到700时下降幅度更为明显。回火温度由650升高到670时,模拟锻件T/2和T/4位置均具有较高的冲击韧度,且随着回火温度的升高而升高。当回火温度到达700时,冲击韧度反而明显下降。
实验钢在650和670回火时,对应锻件T/2和T/4位置具有良好的力学性能,而700则恶化。同时,冲击韧度在670时最高,表明冲击韧度并不一直随着温度的提高而提高,而是对应一定的回火温度表现出最佳值。同时可看出,650和670回火时,T/2和T/4位置的抗拉强度、屈服强度很相近,冲击韧度也差别不大,表明模拟淬火回火后锻件截面内的力学性能比较均匀。700回火时,所有的力学性能均恶化。由此可知650和670回火时,比较而言,670回火时性能更高。当回火温度为700时,材料的力学性能恶化。测试了实验钢模拟锻件T/2位置经650和670回火后的350高温拉伸性能,实验钢在高温下仍具有很高的抗拉强度和屈服强度,且T/2和T/4位置的性能差别很小,表明具有良好的截面性能均匀性。与SA508-3相比,实验钢的组织更加细小,铁素体含量更低,同时马氏体/奥氏体(M/A)小岛的尺寸和岛间距更小。由实验结果知,W可以明显推迟钢的高温相变而对中温相变影响不大,且能降低贝氏体转变起始温度(Bs),从而使组织细化,因此实验钢中的W可以抑制铁素体转变,相对促进贝氏体转变,从而提高贝氏体淬透性。根据贝氏体的转变过程,当Bs较高时,C可以充分扩散和长程富集,所以M/A岛的尺寸增大,数量减小,岛间距增大,反之亦然。对于所研究实验钢,Bs下降,因此岛的数量增加,尺寸减小。M/A岛的数量、尺寸和岛间距影响粒状贝氏体的力学性能,:岛的数量越高,尺寸越小,强度越高;岛的数量相近时,岛的尺寸越小,韧性越高;岛的尺寸相近时,岛的数量越少,韧性越高。对于所研究实验钢,成分的优化使Bs降低,连续转变曲线高温区左移,导致小岛尺寸和岛间距变小,相应地,实验钢具有比SA508-3更高的强度和韧性。
回火温度对实验钢回火组织的影响为了研究回火温度对实验钢组织的影响,观察了实验钢模拟T/2位置淬火并分别经650、670和700回火后的组织,实验钢在670达到峰值。分析认为,这可能是由于W的存在使其具有更低的Bs所致。低的Bs使组织更加细化,有益于保持回火稳定性,从而可以在更高的回火温度下获得更高的韧性。实验钢670回火后的组织如所示,可见基体上有W3C析出。已知W在钢中具有与Mo相近的作用。分析认为可能由于W的碳化物的形成而抑制Mo的碳化物析出,进一步工作将在以后深入研究。基于模拟结果对实验钢的化学成分和热处理工艺进行了优化,性能测试结果表明,实验钢获得了良好的综合力学性能。实验钢的韧性并非一直随回火温度的增加而增加,而是在670达到峰值,700回火后反而下降。