D0I:10.13374/i.issnl001t03.2009.12.018 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响 曹瑞芳2)王福明2)李长荣) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学生态与循环治金教育部重点实验室，北京100083 3)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用Thermo-Cale热力学计算软件，对R5系泊链钢在400~1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算，并讨论了 合金元素对平衡析出相的影响.结果表明，R5系泊链钢中平衡析出相主要为M2sC6、M6C、MX和AIN,其中M为Cr,Fe、Mn、 Mo、Nb、Ni和V等，X为C、N和空位Va等.在此基础上讨论了合金元素C,Cr、Mo和Nb对M23C6相、M6C相及MX相的平 衡摩尔含量和平衡析出温度的影响，优化了新型R5系泊链钢的合金体系及热处理工艺，提出新型R5系泊链钢的最佳热处理 工艺为920士30℃淬火和600士30℃回火，其中金属元素Ma的质量分数以0.45%为佳. 关键词系泊链钢：平衡析出相：热处理：热力学计算 分类号TG142.1+3 Effects of alloying elements on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel CAO Rui-fang2).WANG Fuming2).LI Chang-rong) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Key Lab of the Ministry of Education of China for Ecologic Recycle Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083, China 3)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel in the temperature range of 400 to 1600C were cal- culated using thermodynamic software Thermo-Cale.The effects of alloying elements on these equilibrium precipitated phases were studied.The results show that main equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel at temperatures of 400 to 1600 C are M23C6.M6C.MX and AlN.where M represents Cr.Fe.Mn.Mo.Nb.Ni and V.and X is C.N and vacancy.On this basis the influences of alloying elements C.Cr,Mo and Nb on the equilibrium mole fraction and initial precipitated temperature of M23C6.M6C and MX phases were discussed.The composition system and heat treatment condition of new R5 offshore mooring chain stee were optimized.The optimized heat treatment process is quenching at 03C and tempering at 600C,and the opti mum content of metal element Mo is 4.3%. KEY WORDS mooring chain:equilibrium precipitates:heat treatment:thermodynamic calculation 系泊链主要用于海洋石油开采浮式生产系统、 和MsC相(M以Cr和Fe为主)以及MX相(M以 半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮 Nb为主，X以C、N为主)的析出强化作用，在保证 等海洋开发设施，随着海洋航运事业的发展及开发 焊接性能同时，使钢的抗拉强度达到1OO0MPa以 海洋资源与国防建设的需要，海洋工程对系泊链的 上，RL/Bm(屈强比)在0.92以下，其强韧性得到最 需求也随着增加，对它们的性能要求也越来越 佳的匹配效果.为了达到上述性能要求，该钢要经 高山.R5系泊链钢是目前系泊链产品中最高的级 过合适的调质热处理，选择合理的淬火加热温度以 别，是一种低合金高强度调质钢，充分发挥了M23C6 及高温回火温度，充分发挥合金元素的作用，满足工 收稿日期：2009-06-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50874007):北京市教有委员会共建项目专项资助课题 作者简介：曹瑞芳(l983一)，女，硕士研究生；王福明(1963-)，男，教授，博士生导师，Emal:wangfuming@metall.ustb:cd:cm
合金元素对 R5系泊链钢中平衡析出相的影响 曹瑞芳12） 王福明12） 李长荣3） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室北京100083 3） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘 要 采用 T hermo－Calc 热力学计算软件对 R5系泊链钢在400～1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算并讨论了 合金元素对平衡析出相的影响．结果表明R5系泊链钢中平衡析出相主要为 M23C6、M6C、MX 和 AlN其中 M 为 Cr、Fe、Mn、 Mo、Nb、Ni 和 V 等X 为 C、N 和空位 Va 等．在此基础上讨论了合金元素 C、Cr、Mo 和 Nb 对 M23C6 相、M6C 相及 MX 相的平 衡摩尔含量和平衡析出温度的影响优化了新型 R5系泊链钢的合金体系及热处理工艺提出新型 R5系泊链钢的最佳热处理 工艺为920±30℃淬火和600±30℃回火其中金属元素 Mo 的质量分数以0∙45％为佳． 关键词 系泊链钢；平衡析出相；热处理；热力学计算 分类号 TG142∙1＋3 Effects of alloying elements on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel CA O Ru-i f ang 12）W A NG Fu-ming 12）LI Chang-rong 3） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Key Lab of the Ministry of Education of China for Ecologic ＆ Recycle MetallurgyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083 China 3） School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel in the temperature range of400to1600℃ were calculated using thermodynamic software T hermo-Calc．T he effects of alloying elements on these equilibrium precipitated phases were studied．T he results show that main equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel at temperatures of 400 to 1600℃ are M23C6M6CMX and AlNwhere M represents CrFeMnMoNbNi and Vand X is CN and vacancy．On this basis the influences of alloying elements CCrMo and Nb on the equilibrium mole fraction and initial precipitated temperature of M23C6M6C and MX phases were discussed．T he composition system and heat treatment condition of new R5offshore mooring chain steel were optimized．T he optimized heat treatment process is quenching at 920±30℃ and tempering at 600±30℃and the optimum content of metal element Mo is4∙3％． KEY WORDS mooring chain；equilibrium precipitates；heat treatment；thermodynamic calculation 收稿日期：2009-06-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50874007）；北京市教育委员会共建项目专项资助课题 作者简介：曹瑞芳（1983－）女硕士研究生；王福明（1963－）男教授博士生导师E-mail：wangfuming＠metall．ustb．edu．cn 系泊链主要用于海洋石油开采浮式生产系统、 半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮 等海洋开发设施．随着海洋航运事业的发展及开发 海洋资源与国防建设的需要海洋工程对系泊链的 需求也随着增加对它们的性能要求也越来越 高［1］．R5系泊链钢是目前系泊链产品中最高的级 别是一种低合金高强度调质钢充分发挥了 M23C6 和 M6C 相（M 以 Cr 和 Fe 为主）以及 MX 相（M 以 Nb 为主X 以 C、N 为主）的析出强化作用在保证 焊接性能同时使钢的抗拉强度达到1000MPa 以 上ReL／Rm（屈强比）在0∙92以下其强韧性得到最 佳的匹配效果．为了达到上述性能要求该钢要经 过合适的调质热处理选择合理的淬火加热温度以 及高温回火温度充分发挥合金元素的作用满足工 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．018
第12期 曹瑞芳等：合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响 .1549. 程上的要求.因此，了解该合金钢在不同温度下的 式中，i,il,iz=Al,Cr,Cu,Fe,Mn,Mo,Nb, 相关系，特别是各析出相的析出情况，具有重要的实 Ni,Si,V;j,j1,jz=C,N,Va·y:和yy表示i和j 用价值 组元分别在第1亚点阵和第2亚点阵中的点阵分 本文采用Thermo-Calc热力学计算软件及其 数；°G是中相中纯化合物。j:在假定无磁状态下 铁基数据库对R5系泊链钢中平衡析出相M23C6、 的吉布斯自由能，为温度的函数：L2和L2分 M6C、MX和AIN进行了热力学计算[，并探讨了 别表示第1亚点阵和第2亚点阵中不同组元之间的 Cr、Mo、Nb和C等元素含量的变化对各平衡析出相 交互作用参数，可以根据Redlich-Kister浓度相关多 的影响规律 项式展开为组元成分和温度的函数；Gmg是磁性有 序化对Gibbs自由能的贡献，是温度、居里温度及玻 1相平衡热力学的计算 尔磁矩的函数，本文计算时取值为零 1.1热力学计算模型 对于M23C6型碳化物，摩尔Gibbs自由能表达 R5系泊链钢中的合金元素为Cr、Mn、Mo、Ni、 式为： Nb,C和N等，在400~1600℃温度范围内可能存 t=∑∑yoc,c+RTa∑yh+ 在的相包括体心结构相(bcc),面心结构相(fcc),碳 化物M23C6、M6C相，以及碳氮化物MX和AlN相 等 ∑n∑yLc (2) bcc相和fcc相的吉布斯自由能采用Hillert和 j1 j2=jl Staffansson提出的双亚点阵模型，即金属和间隙原 式中，i,i,iz,j,j,jz=Cr,Fe,Mn,Mo,Ni, 子两个亚点阵模型来描述，其结构表达式为：(A山， V.y:和y表示i和j组元分别在第1亚点阵和第2 Cr,Cu,Fe%,Mn,Mo,Nb,Ni,Si,V)a(C,N,Va%)e 亚点阵中的点阵分数，第3个亚点阵全部由C占 (Va为空位，%表示点阵中的主要组元，a=1及 据；°GjC是④相中纯化合物ijCe的吉布斯自由 c=3为bce相，a=1及c=1为fcc相)，第1个亚点 能，为温度的函数：Li4c和L:加2c分别表示第 阵为正常的阵点位置，第2个亚点阵为正常阵点构1亚点阵和第2亚点阵中不同组元之间的交互作用 成的八面体间隙).其中bcc为[Fe,Cr,Mn(W,Ni, 参数，为组元成分和温度的函数， V,Cu)]1(C,N,Va)3,fcc [Fe,Cr,Mn(W,Ni,V, 对于M6C型碳化物，摩尔Gibbs自由能表达式 Cu)]h(C,N,Va)1,Fe、Cr和V等金属元素在金属 为， 亚点阵上可彼此替代，C、N等非金属元素在空位间 Gm=∑yD”Grre+ 隙亚点阵上可彼此替代，化合物相与此类似， Rr∑∑nym(》+EGe (3) 碳化物M23C6和M6C分别采用三亚，点阵和四亚 点阵模型来描述.其结构表达式依次为：(Cr%,Fe%, 式中，第1项是在不同的亚点阵中考虑所有的合金 Mn,Ni,V)20 (Cr%0,Fe%0,Mn,Mo%o,Ni,V)3(C)6 元素而获得的一个参考项，y、y,和yx表示I、J和 K组元分别在第1、第2和第3亚点阵中的点阵分 (Co,Fe,Ni)2(Co.Cr.Fe,Mo.Ni.Si.V,W)2(Mo,V)2C4]. 数，第4个亚点阵全部由C占据.第2项是理想混 碳氮化物MX与fcc相中的元素占据相同的晶 格，可以用相同的模型描述，只是在第2个亚点阵 合熵，n代表亚点阵的系数，上标S代表亚点阵，最 后一项为超额吉布斯自由能.·G项定义为： 中的主要组元为C或N;而AN相为严格计量比化 合物，其化合物中化学成分与晶体结构中不同原子 0GkC=2°G+20G+20G+°c+ 所占据的晶格点的比例相符， A十BT,其中SER表示温度为298K、压强为 对于bcc、fcc和MX相，单位摩尔Gibbs自由能 0.1MPa时的标准态，T为摄氏温度，A、B为与反 表达式为[6， 应有关的常数， c=∑∑ynG,+RTa∑ylh+ 严格计量比化合物AIN相的摩尔Gibbs自由能 用其生成自由能描述： c之血y+。 ,yy22之yli2y十 GAIN=GA+GN+A GAIN (4) 12=1 )∑%a∑ydrivh+G 式中，°G和°G为Al和N分别呈fce结构和N2 (1) j1j2=j1 时的摩尔Gibbs自由能；AGN为AlN相对于fce一
程上的要求．因此了解该合金钢在不同温度下的 相关系特别是各析出相的析出情况具有重要的实 用价值． 本文采用 Thermo－Calc 热力学计算软件及其 铁基数据库对 R5系泊链钢中平衡析出相 M23C6、 M6C、MX 和 AlN 进行了热力学计算［2］并探讨了 Cr、Mo、Nb 和 C 等元素含量的变化对各平衡析出相 的影响规律． 1 相平衡热力学的计算 1∙1 热力学计算模型 R5系泊链钢中的合金元素为 Cr、Mn、Mo、Ni、 Nb、C 和 N 等在400～1600℃温度范围内可能存 在的相包括体心结构相（bcc）面心结构相（fcc）碳 化物 M23C6、M6C 相以及碳氮化物 MX 和 AlN 相 等． bcc 相和 fcc 相的吉布斯自由能采用 Hillert 和 Staffansson 提出的双亚点阵模型即金属和间隙原 子两个亚点阵模型来描述．其结构表达式为：（Al CrCuFe％MnMoNbNiSiV）a（CNVa％）c （Va 为空位％表示点阵中的主要组元a＝1及 c＝3为 bcc 相a＝1及 c＝1为 fcc 相）第1个亚点 阵为正常的阵点位置第2个亚点阵为正常阵点构 成的八面体间隙［3］．其中 bcc 为［FeCrMn（WNi VCu）］1（CNVa）3fcc 为［FeCrMn（WNiV Cu）］1（CNVa）1Fe、Cr 和 V 等金属元素在金属 亚点阵上可彼此替代C、N 等非金属元素在空位间 隙亚点阵上可彼此替代化合物相与此类似． 碳化物 M23C6 和 M6C 分别采用三亚点阵和四亚 点阵模型来描述．其结构表达式依次为：（Cr％Fe％ MnNiV）20（Cr％Fe％MnMo％NiV）3（C）6 和 （CoFeNi）2（CoCrFeMoNiSiVW）2（MoV）2C ［4］． 碳氮化物 MX 与 fcc 相中的元素占据相同的晶 格可以用相同的模型描述［5］只是在第2个亚点阵 中的主要组元为 C 或 N；而 AlN 相为严格计量比化 合物其化合物中化学成分与晶体结构中不同原子 所占据的晶格点的比例相符． 对于 bcc、fcc 和 MX 相单位摩尔 Gibbs 自由能 表达式为［6］： G ● m＝ ∑i ∑ j yiy 0 jG ● i∶j＋ RT a∑i yiln yi＋ c ∑ j yjln yj ＋ ∑i1 i∑2＝ i1＋1 yi1 yi2∑ j yjL i1i2∶j＋ ∑ j1 j ∑2＝ j1＋1 yj1 yj2∑i yiL i∶j1j2＋ Gmag （1） 式中ii1i2＝AlCrCuFeMnMoNb NiSiV；jj1j2＝CNVa．yi 和yj 表示 i 和 j 组元分别在第1亚点阵和第2亚点阵中的点阵分 数； 0G ● i∶j是●相中纯化合物 ia jc 在假定无磁状态下 的吉布斯自由能为温度的函数；L i1i2∶j和 L i∶j1j2分 别表示第1亚点阵和第2亚点阵中不同组元之间的 交互作用参数可以根据 Redlich-Kister 浓度相关多 项式展开为组元成分和温度的函数；Gmag是磁性有 序化对 Gibbs 自由能的贡献是温度、居里温度及玻 尔磁矩的函数本文计算时取值为零． 对于 M23C6 型碳化物摩尔 Gibbs 自由能表达 式为［7］： G ● m＝ ∑i ∑ j yiy 0 jG ● i∶j∶C＋ RT a∑i yiln yi＋ b ∑ j yjln yj ＋ ∑i1 i∑2＝ i1＋1 yi1 yi2∑ j yjL i1i2∶j∶C＋ ∑ j1 j ∑2＝ j1＋1 yj1 yj2∑i yiL i∶j1j2∶C （2） 式中ii1i2jj1j2＝CrFeMnMoNi V．yi 和yj 表示 i 和 j 组元分别在第1亚点阵和第2 亚点阵中的点阵分数第3个亚点阵全部由 C 占 据； 0G ● i∶j∶C是 Φ相中纯化合物 iajbCc 的吉布斯自由 能为温度的函数；L i1i2∶j∶C和 L i∶j1j2∶C分别表示第 1亚点阵和第2亚点阵中不同组元之间的交互作用 参数为组元成分和温度的函数． 对于 M6C 型碳化物摩尔 Gibbs 自由能表达式 为［4］： Gm＝ ∑ y 1 Iy 2 Jy 3 K 0GI∶J∶K∶C＋ RT ∑∑ n S y S J ln（ y S J）＋E Gm （3） 式中第1项是在不同的亚点阵中考虑所有的合金 元素而获得的一个参考项yI、yJ 和 yK 表示 I、J 和 K 组元分别在第1、第2和第3亚点阵中的点阵分 数第4个亚点阵全部由 C 占据．第2项是理想混 合熵n 代表亚点阵的系数上标 S 代表亚点阵最 后一 项 为 超 额 吉 布 斯 自 由 能．0G 项 定 义 为： 0G M6 C I∶J∶K∶C＝20G SER I ＋20G SER J ＋20G SER K ＋0G SER C ＋ A＋ BT其 中 SER 表 示 温 度 为 298K、压 强 为 0∙1MPa时的标准态T 为摄氏温度A、B 为与反 应有关的常数． 严格计量比化合物 AlN 相的摩尔 Gibbs 自由能 用其生成自由能描述： G AlN m ＝0G fcc Al ＋0G N2 N ＋Δf G AlN m （4） 式中0G fcc Al 和0G N2 N 为 Al 和 N 分别呈 fcc 结构和 N2 时的摩尔 Gibbs 自由能；Δf G AlN m 为 AlN 相对于 fcc－ 第12期 曹瑞芳等： 合金元素对 R5系泊链钢中平衡析出相的影响 ·1549·
,1550 北京科技大学学报 第31卷 AI和N2的摩尔生成自由能，为温度的多项式 出现的平衡析出相及平衡析出相的成分，并针对基 1.2合金体系设定 础成分同时考虑冶炼成分的波动来研究C、Cr、Mo 计算时，合金体系物质的量为1mol,参考状态 和Nb对各析出相的影响规律，以模拟实际冶金过 温度为298.15K,压强为105Pa,温度以摄氏温度 程中的质量控制问题，合金含量变化为（质量分 (℃)输入·合金体系的各组元按质量分数输入，数 数，%)：C(0.18-0.20-0.22-0.24-0.26)、 据库为TCFE3,用Thermo-Cale软件计算R5系泊 Cr(1.65-1.80-1.95-2.10-2.25)、Mo(0-0.3- 链钢（基础成分见表1）在400~1600℃范围内可能 0.45-0.6)、Nb(00.0-0.02-0.03-0.04) 表1R5系泊链钢基础化学成分（质量分数） Table I Basic chemical composition of R5 offshore mooring chain steel % C Si Mn Cr Mo Ni Nb N Alt Cu 0.22 0.32 0.75 1.95 0.45 0.8 0.02 0.008 0.06 0.12 0.8%Ni0.02%Nb0.008%N-0.06%A1-0.12%Cu 2计算结果与分析 的R5系泊链钢平衡析出相的类型与摩尔分数随温 2.1热力学平衡相 度的变化如图1所示，图1中(b)和(c)均为(a)的局 经热力学计算得出基础成分为0.22%C一 部放大图 0.32%si-0.75%Mn-1.95%Cr-0.45%Mo- 由图1可知：在温度为4001600℃的范围内， 1.0 40 a 45 0.8 3 AIN 30 MX M.C. 20 20 MC 0.2 AIN MC M C MX AIN 400 800 1200 1600 400 500 600 700 800 400 600 800 10001200 温度℃ 温度心 温度℃ 图1R5系泊链钢中平衡相与温度的关系，(a)平衡相与温度关系：(b)图1(a)的局部放大；(c)图1(b)的局部放大 Fig.I Relation between temperature and equilibrium phases in R5 offshore mooring chain steel:(a)relation between temperature and equilibrium phases:(b)local magnification of Fig-1(a):(c)local magnification of Fig.1(b) R5系泊链钢的主要平衡析出相为M23C6、MC、MX 明了M23C6相主要在a铁素体区域析出.在M23C6 和AIN相.其中，碳化物以M3C6和M6C型为主， 相数量开始增加的同时，M6C相的数量开始下降， MX相的含量相对较少，此外还有少量的A1N相存 700℃时全部溶于α铁素体中，这是由于M23C6相 在，MX相是一个高温稳定相，在1100℃时才全部 和M6C相的主要组成元素均为Fe、C、Cr和Mo,在 溶解. 元素总量一定的前提下，MsC6相数量增加的同时 从低温向高温转变过程中，730℃以下，钢中以 导致了M6C相数量的减少.在400~800℃这一温 α铁素体为主，未见奥氏体出现；从730℃开始发生 度范围内，MX和A1N相的数量无明显变化；从 α铁素体向奥氏体转变；当温度达到850℃时转变彻 8O0℃开始，随温度升高，A1N相的数量呈缓慢下降 底完成，实验钢完全奥氏体化.从400℃开始， 趋势，当温度升至1150℃时A1N全部溶于奥氏体 M23C6相的数量即开始逐渐增加；当温度达到700℃ 中；而MX相的含量则从800℃开始缓慢减少，到 时，M23C6相的数量达到峰值；在之后的30℃内随 920℃时开始急剧下降，其摩尔分数在2.45×10-4 温度增加M23C相的数量基本保持不变，到730℃ 以下，到1100℃时MX相全部溶于奥氏体中，这说 时M23C6相的数量开始急剧下降，同时α铁素体开 明MX相和A1N相均是比较稳定的高温相，且在相 始向奥氏体转变，奥氏体数量开始急剧增加；当温度 同温度下，MX相的含量略低于A1N相. 升至780℃时，M23C6相几乎全部消失，这一点也表
Al 和 N2 的摩尔生成自由能为温度的多项式． 1∙2 合金体系设定 计算时合金体系物质的量为1mol参考状态 温度为298∙15K压强为105 Pa温度以摄氏温度 （℃）输入．合金体系的各组元按质量分数输入数 据库为 TCFE3用 Thermo－Calc 软件计算 R5系泊 链钢（基础成分见表1）在400～1600℃范围内可能 出现的平衡析出相及平衡析出相的成分并针对基 础成分同时考虑冶炼成分的波动来研究 C、Cr、Mo 和 Nb 对各析出相的影响规律以模拟实际冶金过 程中的质量控制问题．合金含量变化为（质量分 数％）：C （0∙18－0∙20－0∙22－0∙24－0∙26）、 Cr （1∙65－1∙80－1∙95－2∙10－2∙25）、Mo （0－0∙3－ 0∙45－0∙6）、Nb （0－0∙01－0∙02－0∙03－0∙04）． 表1 R5系泊链钢基础化学成分（质量分数） Table1 Basic chemical composition of R5offshore mooring chain steel ％ C Si Mn Cr Mo Ni Nb N Alt Cu 0∙22 0∙32 0∙75 1∙95 0∙45 0∙8 0∙02 0∙008 0∙06 0∙12 2 计算结果与分析 2∙1 热力学平衡相 经热 力 学 计 算 得 出 基 础 成 分 为 0∙22％ C－ 0∙32％Si －0∙75％ Mn－1∙95％ Cr －0∙45％ Mo － 0∙8％Ni－0∙02％Nb－0∙008％N－0∙06％Al－0∙12％Cu 的 R5系泊链钢平衡析出相的类型与摩尔分数随温 度的变化如图1所示图1中（b）和（c）均为（a）的局 部放大图． 由图1可知：在温度为400～1600℃的范围内 图1 R5系泊链钢中平衡相与温度的关系．（a） 平衡相与温度关系；（b） 图1（a）的局部放大；（c） 图1（b）的局部放大 Fig．1 Relation between temperature and equilibrium phases in R5offshore mooring chain steel：（a） relation between temperature and equilibrium phases；（b） local magnification of Fig．1（a）；（c） local magnification of Fig．1（b） R5系泊链钢的主要平衡析出相为 M23C6、M6C、MX 和 AlN 相．其中碳化物以 M23C6 和 M6C 型为主 MX 相的含量相对较少此外还有少量的 AlN 相存 在MX 相是一个高温稳定相在1100℃时才全部 溶解． 从低温向高温转变过程中730℃以下钢中以 α铁素体为主未见奥氏体出现；从730℃开始发生 α铁素体向奥氏体转变；当温度达到850℃时转变彻 底完成实验钢完全奥氏体化．从 400℃ 开始 M23C6相的数量即开始逐渐增加；当温度达到700℃ 时M23C6 相的数量达到峰值；在之后的30℃内随 温度增加 M23C6 相的数量基本保持不变到730℃ 时 M23C6 相的数量开始急剧下降同时α铁素体开 始向奥氏体转变奥氏体数量开始急剧增加；当温度 升至780℃时M23C6 相几乎全部消失这一点也表 明了 M23C6 相主要在α铁素体区域析出．在 M23C6 相数量开始增加的同时M6C 相的数量开始下降 700℃时全部溶于α铁素体中．这是由于 M23C6 相 和 M6C 相的主要组成元素均为 Fe、C、Cr 和 Mo在 元素总量一定的前提下M23C6 相数量增加的同时 导致了 M6C 相数量的减少．在400～800℃这一温 度范围内MX 和 AlN 相的数量无明显变化；从 800℃开始随温度升高AlN 相的数量呈缓慢下降 趋势当温度升至1150℃时 AlN 全部溶于奥氏体 中；而 MX 相的含量则从800℃开始缓慢减少到 920℃时开始急剧下降其摩尔分数在2∙45×10－4 以下到1100℃时 MX 相全部溶于奥氏体中这说 明 MX 相和 AlN 相均是比较稳定的高温相且在相 同温度下MX 相的含量略低于 AlN 相． ·1550· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第12期 曹瑞芳等：合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响 ,1551. 2.2平衡相的合金元素组成 在M23C6相析出之始(780℃)，M23C6中各元素含 由以上的热力学计算可知，在基础成分下， 量之比Fe:Cr:MoC=11:5:2:1,之后随着温度的 400~1600℃的范围内，R5系泊链钢的主要平衡析 降低，析出的M23C6相中的Cr、Mo逐渐增多，Fe逐 出相为M23C6、M6C及MX相.图2为M23C6和 渐减少.当温度降为700℃时，M6C相开始析出，其 M6C型碳化物中的主要元素组成，从图中可以看 各元素含量之比Fe:Cr:MoC=12:2:24:1,随温度 出，碳化物相的主要组成元素均为Fe、Cr、Mo和C, 的降低，Mo元素的含量逐渐增加，Fe元素的含量呈 06 0.8 (a) (b) 0.5 Fe Mo 0.6 0.4 Cr 0.3 Fe 02 Mo 0.2 0.1 Mn Cr 400 500 600 700 800 400 500 600 700 温度℃ 温度℃ 图2碳化物的元素构成，(a)M23C6型碳化物；(b)MC型碳化物 Fig.2 Chemical elements in carbides:(a)M23C6 carbide:(b)M6C carbide 下降趋势，C和Cr的含量基本保持不变 貌及成分分析，M23C6及M6C的元素组成如图3和 根据各平衡析出相的理论析出温度，在M23C6 图4所示 相和M6C相析出量达到峰值的温度范围内对试样 表2两种温预处理工艺 进行保温预处理，两种保温预处理工艺如表2.对 Table 2 Two kinds of heating pretreating processes 预处理后的试样进行电解，电解液为：75g氯化钾和 组号 预处理工艺 5g柠檬酸溶解在1000mL去离子水中.在0.02~ 1# 960℃保温60min后随炉冷到700℃并保温4h后随炉冷 0.03Acm2的电流密度下，电解分离碳化物，对所得 2# 960℃保温60min后随炉冷到600℃并保温4h后随炉冷 碳化物在JSM6480LV扫描电子显微镜下进行形 200r (b) 150 Fe % 50 E/ke V 图31“实验样品碳化物的形貌(a)及能谱(b) Fig.3 Pattern (a)and energy spectrum (b)of Carbide 1 1b) 150 Mo 100 Fe Fe 50 Fe 6 10 E/keV 图42：实验样品碳化物的形貌及能谱 Fig4 Pattern (a)and energy spectrum (b)of Carbide 2
2∙2 平衡相的合金元素组成 由以上的热力学计算可知在基础成分下 400～1600℃的范围内R5系泊链钢的主要平衡析 出相为 M23C6、M6C 及 MX 相．图2为 M23C6 和 M6C 型碳化物中的主要元素组成．从图中可以看 出碳化物相的主要组成元素均为 Fe、Cr、Mo 和 C． 在 M23C6 相析出之始（780℃）M23C6 中各元素含 量之比 Fe∶Cr∶Mo∶C＝11∶5∶2∶1之后随着温度的 降低析出的 M23C6 相中的 Cr、Mo 逐渐增多Fe 逐 渐减少．当温度降为700℃时M6C 相开始析出其 各元素含量之比 Fe∶Cr∶Mo∶C＝12∶2∶24∶1随温度 的降低Mo 元素的含量逐渐增加Fe 元素的含量呈 图2 碳化物的元素构成．（a） M23C6 型碳化物；（b） M6C 型碳化物 Fig．2 Chemical elements in carbides：（a） M23C6carbide；（b） M6C carbide 下降趋势C 和 Cr 的含量基本保持不变． 根据各平衡析出相的理论析出温度在 M23C6 相和 M6C 相析出量达到峰值的温度范围内对试样 进行保温预处理．两种保温预处理工艺如表2．对 预处理后的试样进行电解电解液为：75g 氯化钾和 5g 柠檬酸溶解在1000mL 去离子水中．在0∙02～ 0∙03A·cm 2的电流密度下电解分离碳化物对所得 碳化物在 JSM－6480LV 扫描电子显微镜下进行形 貌及成分分析M23C6 及 M6C 的元素组成如图3和 图4所示． 表2 两种温预处理工艺 Table2 Two kinds of heating pre-treating processes 组号 预处理工艺 1＃ 960℃保温60min 后随炉冷到700℃并保温4h 后随炉冷 2＃ 960℃保温60min 后随炉冷到600℃并保温4h 后随炉冷 图3 1＃实验样品碳化物的形貌（a）及能谱（b） Fig．3 Pattern （a） and energy spectrum （b） of Carbide1＃ 图4 2＃实验样品碳化物的形貌及能谱 Fig．4 Pattern （a） and energy spectrum （b） of Carbide2＃ 第12期 曹瑞芳等： 合金元素对 R5系泊链钢中平衡析出相的影响 ·1551·
.1552 北京科技大学学报 第31卷 700℃保温处理后，析出的碳化物主要组成元 钢种，具有优良的强韧性配比，但其合金体系复杂， 素为Fe、Cr、Mo、C和Mn,600℃保温处理后，析出 目前关于合金元素含量与各平衡析出相之间关系的 的碳化物主要组成元素为Mo、Fe、Cr和C,析出温 研究很少，因此本文在R5系泊链钢基础成分的前 度与元素组成均与热力学计算结果相符，即在 提下，同时考虑成分波动，探讨了不同元素对平衡析 800℃开始析出M23C6型碳化物，700℃时开始析出 出相的影响，经热力学计算分析得到，M23C6相和 M6C型碳化物，M6C型碳化物比M23C6型碳化物更 MsC相的主要组成元素为Cr、Fe、Mo和C,MX相 加细小弥散 以元素Nb和N为主，另外含有极少量的Cr和Mo, 2.3合金元素对平衡相的影响 因此分别调整合金元素C、Cr、Mo、Nb的含量，依次 R5系泊链钢是目前系泊链产品中级别最高的 得到图5~图8. 0.06 0.26% 25 30 (a) db) 0.05 0.24% 0.22% 20 0.04 0.20% 0.26% 0.18% 15 0.24% 0.03 0.22% 10 0.26% o 0.20% 10 024% 02 0.18% .0 88微 400500 600700800900 400 500 600 700 800 400 600 800100012001400 温度℃ 温度℃ 温度℃ 图5R5系泊链钢中C的质量分数对各平衡析出相的影响.(a)C对M23C6相的影响：(b)C对MC相的影响：(c)C对MX相的影响 Fig-5 Effects of carbon content on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel:(a)effects of carbon on M2C6:(b)effects of carbon on M6C:(c)effects of carbon on MX 50 18 30 (a) (b) (e) 2.25% 16 40 2.10% 14 -1.95% 659% 20 .2.25% 1.80% 10- -2.10% 1.65% -1.95% -1.809% 10 1.659% 10 兰 2 400500600700800900 400 500600 700 800 400600800100012001400 温度/℃ 温度℃ 温度℃ 图6R5系泊链钢中Cr的质量分数对各平衡析出相的影响.(a)Cr对M2sC6相的影响：(b)Cr对M6C相的影响：(c)Cr对MX相的影响 Fig.6 Effects of chromium content on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel:(a)effects of chromium on M23C6: (b)effects of chromium on M6C;(c)effects of chromium on MX 50 (a) 35 30 b () 0% 0.60% 30 40 25 0.60% 0.45% 25 0.30% 0.45% 20 20 -0.30% 0.45% 0% 20 15 -0.30% 10 0.60% 400 500 600700 800 900 400 500 600 700 800 400 600 800100012001400 温度℃ 温度℃ 温度℃ 图7R5系泊链钢中Mo的质量分数对各平衡析出相的影响.(a)Mo对M2sCs相的影响；(b)Mo对MC相的影响；(c)Mo对MX相的影响 Fig.7 Effects of molybdenum content on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel:(a)effects of molybdenum on M2Cs: (b)effects of molybdenum on M6C:(c)effects of molybdenum on MX
700℃保温处理后析出的碳化物主要组成元 素为 Fe、Cr、Mo、C 和 Mn600℃保温处理后析出 的碳化物主要组成元素为 Mo、Fe、Cr 和 C析出温 度与元素组成均与热力学计算结果相符即在 800℃开始析出 M23C6 型碳化物700℃时开始析出 M6C 型碳化物M6C 型碳化物比 M23C6 型碳化物更 加细小弥散． 2∙3 合金元素对平衡相的影响 R5系泊链钢是目前系泊链产品中级别最高的 钢种具有优良的强韧性配比但其合金体系复杂 目前关于合金元素含量与各平衡析出相之间关系的 研究很少因此本文在 R5系泊链钢基础成分的前 提下同时考虑成分波动探讨了不同元素对平衡析 出相的影响．经热力学计算分析得到M23C6 相和 M6C 相的主要组成元素为 Cr、Fe、Mo 和 CMX 相 以元素 Nb 和 N 为主另外含有极少量的 Cr 和 Mo． 因此分别调整合金元素 C、Cr、Mo、Nb 的含量依次 得到图5～图8． 图5 R5系泊链钢中 C 的质量分数对各平衡析出相的影响．（a） C 对 M23C6 相的影响；（b） C 对 M6C 相的影响；（c） C 对 MX 相的影响 Fig．5 Effects of carbon content on equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel：（a） effects of carbon on M23C6；（b） effects of carbon on M6C；（c） effects of carbon on MX 图6 R5系泊链钢中 Cr 的质量分数对各平衡析出相的影响．（a） Cr 对 M23C6 相的影响；（b） Cr 对 M6C 相的影响；（c） Cr 对 MX 相的影响 Fig．6 Effects of chromium content on equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel：（a） effects of chromium on M23C6； （b） effects of chromium on M6C；（c） effects of chromium on MX 图7 R5系泊链钢中 Mo 的质量分数对各平衡析出相的影响．（a） Mo 对 M23C6相的影响；（b） Mo 对 M6C 相的影响；（c） Mo 对 MX 相的影响 Fig．7 Effects of molybdenum content on equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel：（a） effects of molybdenum on M23C6； （b） effects of molybdenum on M6C；（c） effects of molybdenum on MX ·1552· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第12期 曹瑞芳等：合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响 ,1553 吃 (a) 0.049% b 0.030 (c) 14 40 0.0296 -0.01% 0.049% 0.04% -0% 0.03% 0.03% 20 0.02% -0.02% 一0.01% 0% 兰 0.01% 960500600700 800900 500600 700 800 400600.800100012001400 温度℃ 温度℃ 温度℃ 图8R5系泊链钢中Nb的质量分数对各平衡析出相的影响.(a)Nb对M3Cs相的影响：(b)Nb对MC相的影响：(c)Nb对MX相的影 响 Fig-8 Effects of niobium content on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel:(a)effects of niobium on M2C6:(b)ef- fects of niobium on M6C:(c)effects of niobium on MX 图5到图8分别为C、Cr、Mo和Nb元素含量 以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后 在基础含量上下波动而其余元素含量保持基础成分 获得细小的马氏体组织.R5系泊链钢中的MX相 不变时，M23C6、MsC和MX相的数量随温度变化的 主要为含Nb的高熔点弥散碳化物和氨化物，对晶 关系图.图5~图8中(a)、(b)和(c)分别为M23C6、 界有钉轧作用，抑制加热时奥氏体晶粒长大·由以 M6C和MX的析出情况.从图5可以看出：随C含 上的热力学分析可知，在加热过程中，随着温度的升 量增加，M6C相的摩尔分数逐渐增加，由最初的 高，MX相的含量在920℃开始急剧下降，因此当淬 8.5×10-3升至2.2×10-2，析出温度也逐渐增加， 火温度高于920℃时，由于有较多的微合金元素碳 其摩尔分数的增加幅度高于析出温度的增加幅度： 氨化物溶入奥氏体中，失去对奥氏体晶粒长大的抑 而M23C6相则随温度的升高，析出量先增加后减 制作用，奥氏体晶粒明显长大，导致淬火后的组织尺 小，在650~720℃达到峰值，随着C含量进一步增 寸粗大，钢种的力学性能下降，同时参考平衡相与温 加，其峰值逐渐升高，图6表明：随着Cr含量的增 度的关系得到实验钢的完全奥氏体化温度不能低于 加，M23C6相的析出量与析出温度均有微量增加，但 850℃.因此在为使试样完全奥氏体化，同时保留基 其峰值并不受Cr含量变化影响：而MC相析出温 体中的弥散钉扎相不至于导致奥氏体晶粒过分长大 度在逐渐降低时，其摩尔分数反而逐渐增加，610℃ 的前提下，淬火温度应选择920士30℃. 时不同Cr含量下M6C相的析出量随温度的变化曲 回火过程中，主要涉及马氏体中碳和合金元素 线相交于同一点，由图7可知：Mo对M23C6和MC 的再分配，也就是碳化物的转变问题，在这一转变 相的影响最为显著，对MC相的影响尤为显著；当 过程中，通过先溶解亚稳态的碳化物然后再在其他 Mo的质量分数每增长0.15%时，MC相的摩尔分 地方重新形核长成稳态的碳化物，因此必须选择合 数平均增长8%，其析出温度随Mo含量的增加依次 适的回火温度以使碳化物溶解并重新形核⑧).由以 为740,700和610℃；随Mo含量的增加，M23C6相 上的热力学分析可知，在500~700℃温度范围内主 的析出量也随着增加，析出温度则没有明显变化，均 要为M2sC6和M6C型碳化物的转变，且M6C相比 在780℃，图8表明：Nb含量的变化只对MX相的 M23C6相更加细小弥散，当温度为600℃时M6C相 析出温度和析出量有明显影响作用，随着Nb含量 在基体中的析出量达到峰值，大量细小弥散的碳化 的增加，MX相的析出温度和析出量均呈增加趋势. 物能够有效的钉扎位错，阻碍位错运动，使得实验钢 屈服强度得以提高，因此，理论上回火温度可以选 3 结果讨论 择600士30℃，从合金元素对析出相的影响角度考 R5系泊链钢是一种调质用钢，其性能主要取决 虑，Mo对碳化物的影响最为显著，对M6C相的影响 于后期的调质热处理，因此选择合适的热处理工艺 尤为突出，进而影响实验钢回火后的力学性能，因此 至关重要 在调整合金成分时，应重点考虑Mo元素的含量对 淬火加热温度影响着奥氏体晶粒直径和合金元 组织性能的影响作用，由于Mo元素价格昂贵，从 素在钢中的溶解分布状态，淬火加热温度的选择应 节约成本的角度出发，Mo元素含量在满足性能的
图8 R5系泊链钢中 Nb 的质量分数对各平衡析出相的影响．（a） Nb 对 M23C6 相的影响；（b） Nb 对 M6C 相的影响；（c） Nb 对 MX 相的影 响 Fig．8 Effects of niobium content on equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel：（a） effects of niobium on M23C6；（b） effects of niobium on M6C；（c） effects of niobium on MX 图5到图8分别为 C、Cr、Mo 和 Nb 元素含量 在基础含量上下波动而其余元素含量保持基础成分 不变时M23C6、M6C 和 MX 相的数量随温度变化的 关系图．图5～图8中（a）、（b）和（c）分别为 M23C6、 M6C 和 MX 的析出情况．从图5可以看出：随 C 含 量增加M6C 相的摩尔分数逐渐增加由最初的 8∙5×10－3升至2∙2×10－2析出温度也逐渐增加 其摩尔分数的增加幅度高于析出温度的增加幅度； 而 M23C6 相则随温度的升高析出量先增加后减 小在650～720℃达到峰值随着 C 含量进一步增 加其峰值逐渐升高．图6表明：随着 Cr 含量的增 加M23C6 相的析出量与析出温度均有微量增加但 其峰值并不受 Cr 含量变化影响；而 M6C 相析出温 度在逐渐降低时其摩尔分数反而逐渐增加610℃ 时不同 Cr 含量下 M6C 相的析出量随温度的变化曲 线相交于同一点．由图7可知：Mo 对 M23C6 和 M6C 相的影响最为显著对 M6C 相的影响尤为显著；当 Mo 的质量分数每增长0∙15％时M6C 相的摩尔分 数平均增长8％其析出温度随 Mo 含量的增加依次 为740700和610℃；随 Mo 含量的增加M23C6 相 的析出量也随着增加析出温度则没有明显变化均 在780℃．图8表明：Nb 含量的变化只对 MX 相的 析出温度和析出量有明显影响作用随着 Nb 含量 的增加MX 相的析出温度和析出量均呈增加趋势． 3 结果讨论 R5系泊链钢是一种调质用钢其性能主要取决 于后期的调质热处理因此选择合适的热处理工艺 至关重要． 淬火加热温度影响着奥氏体晶粒直径和合金元 素在钢中的溶解分布状态淬火加热温度的选择应 以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则以便淬火后 获得细小的马氏体组织．R5系泊链钢中的 MX 相 主要为含 Nb 的高熔点弥散碳化物和氮化物对晶 界有钉轧作用抑制加热时奥氏体晶粒长大．由以 上的热力学分析可知在加热过程中随着温度的升 高MX 相的含量在920℃开始急剧下降因此当淬 火温度高于920℃时由于有较多的微合金元素碳 氮化物溶入奥氏体中失去对奥氏体晶粒长大的抑 制作用奥氏体晶粒明显长大导致淬火后的组织尺 寸粗大钢种的力学性能下降同时参考平衡相与温 度的关系得到实验钢的完全奥氏体化温度不能低于 850℃．因此在为使试样完全奥氏体化同时保留基 体中的弥散钉扎相不至于导致奥氏体晶粒过分长大 的前提下淬火温度应选择920±30℃． 回火过程中主要涉及马氏体中碳和合金元素 的再分配也就是碳化物的转变问题．在这一转变 过程中通过先溶解亚稳态的碳化物然后再在其他 地方重新形核长成稳态的碳化物因此必须选择合 适的回火温度以使碳化物溶解并重新形核［8］．由以 上的热力学分析可知在500～700℃温度范围内主 要为 M23C6 和 M6C 型碳化物的转变且 M6C 相比 M23C6 相更加细小弥散当温度为600℃时 M6C 相 在基体中的析出量达到峰值大量细小弥散的碳化 物能够有效的钉扎位错阻碍位错运动使得实验钢 屈服强度得以提高．因此理论上回火温度可以选 择600±30℃．从合金元素对析出相的影响角度考 虑Mo 对碳化物的影响最为显著对 M6C 相的影响 尤为突出进而影响实验钢回火后的力学性能因此 在调整合金成分时应重点考虑 Mo 元素的含量对 组织性能的影响作用．由于 Mo 元素价格昂贵从 节约成本的角度出发Mo 元素含量在满足性能的 第12期 曹瑞芳等： 合金元素对 R5系泊链钢中平衡析出相的影响 ·1553·
.1554, 北京科技大学学报 第31卷 前提下应选择下限，结合不同Mo含量下M6C碳化 920士30℃淬火和600士30℃回火，金属元素Mo的 物的峰值析出温度可知，Mo元素的质量分数应以 质量分数以0.45%为佳 0.45%为佳 参考文献 4结论 [1]Zhang W J.Guo Y.Zhang Y F.et al.Pilot production and ap- plication of high strength and toughness R4 offshore mooring (1)在4001600℃范围内，R5系泊链钢的平 chain steel.Spec Steel.2000.21(4):43 衡析出相及从高温到低温析出顺序依次为A1N、 (张文基，郭艳，张玉峰，等.高强度高韧性海洋四级系泊链钢的 MX、M23C6和M6C相，开始析出温度分别为1150， 试制及应用.特殊钢，2000,21(4)：43) 1100,780和700℃， [2]Sundman B.Jansson B,Andersson J O.A compound-energy (2)Mo对析出相影响最大，尤其对M23C6和 model of ordering in a phase with sites of different coordination numbers.Calphad,1986.9(2):153 M6C相：当Mo的质量分数增长0.15%，MC相的 [3]Hillert M,Stanffansson LI.The regular solution model for stoi- 摩尔分数增长9%；当Mo的质量分数为0.3%、 chiometric phases and ionic melts.Acta Chem Scand,1970,24: 0.45%和0.6%时，M6C相析出温度依次为740， 3681 700和610℃；M23C6相的析出温度不随Mo含量的 [4]Frisk K.Bratherg J.Markstrom A.Thermodynamic modeling of the MoC carbide in cemented carbides and high"speed steel.Cal- 变化而变化，均在780℃左右，析出量的增加幅度与 phad,2005,29:91 MC相保持一致. [5]Liu Z K.Thermodynamic calculations of carbonitrides in microal- (3)C对M23C6和M6C相的析出也有一定影 loyed steel.Scripta Mater,2004.50:601 响，随C含量增加，M23C6相峰值有所增加，其析出 [6]Andersson JO.Helander T,Hdghmd L,et al.Thermo-Cale 8. 温度与400℃时的析出量没有明显变化，M6C相的 DICTRA.computational tools for materials science.Calphad, 2002,26(2):273 析出量与析出温度均随C含量的增加而增加 [7]LiC R.Zhang W J.Zhang W Q,et al.Calculation of phase (4)随着Cr含量的增加，M23C6相的析出温度 equilibria between austenite and carbide in Fe-Cr-Ni-C quaternary 略有增加，M7C3相的析出温度则呈下降趋势，不同 system.JUniv Sei Technol Beijing:1990.12(2):104 Cr含量下，M23C6相和M5C相的析出量随温度的变 (李长荣，张维敬，张文奇，等.FCr一Ni℃四元系奥氏体与 化曲线在610℃相交，Nb元素只对MX相有影响 碳化物之间的相平衡计算.北京科技大学学报，1990,12(2)： 104) 作用，MX相析出量与析出温度只随Nb含量增加 [Cui Z Q.Metallography &Heat Treatment.Beijing:China 而增加 Machine Press,2000 (5)R5系泊链钢的最佳调质热处理工艺为 (崔忠圻，金属学与热处理，北京：机械工业出版社，2000)
前提下应选择下限结合不同 Mo 含量下 M6C 碳化 物的峰值析出温度可知Mo 元素的质量分数应以 0∙45％为佳． 4 结论 （1） 在400～1600℃范围内R5系泊链钢的平 衡析出相及从高温到低温析出顺序依次为 AlN、 MX、M23C6 和 M6C 相开始析出温度分别为1150 1100780和700℃． （2） Mo 对析出相影响最大尤其对 M23C6 和 M6C 相：当 Mo 的质量分数增长0∙15％M6C 相的 摩尔分数增长9％；当 Mo 的质量分数为0∙3％、 0∙45％和0∙6％时M6C 相析出温度依次为740 700和610℃；M23C6 相的析出温度不随 Mo 含量的 变化而变化均在780℃左右析出量的增加幅度与 M6C 相保持一致． （3） C 对 M23C6 和 M6C 相的析出也有一定影 响随 C 含量增加M23C6 相峰值有所增加其析出 温度与400℃时的析出量没有明显变化M6C 相的 析出量与析出温度均随 C 含量的增加而增加． （4） 随着 Cr 含量的增加M23C6 相的析出温度 略有增加M7C3 相的析出温度则呈下降趋势不同 Cr 含量下M23C6 相和 M6C 相的析出量随温度的变 化曲线在610℃相交．Nb 元素只对 MX 相有影响 作用MX 相析出量与析出温度只随 Nb 含量增加 而增加． （5） R5系泊链钢的最佳调质热处理工艺为 920±30℃淬火和600±30℃回火金属元素 Mo 的 质量分数以0∙45％为佳． 参 考 文 献 ［1］ Zhang W JGuo YZhang Y Fet al．Pilot production and application of high strength and toughness R4 offshore mooring chain steel．Spec Steel200021（4）：43 （张文基郭艳张玉峰等．高强度高韧性海洋四级系泊链钢的 试制及应用．特殊钢200021（4）：43） ［2］ Sundman BJansson BAndersson J O．A compound-energy model of ordering in a phase with sites of different coordination numbers．Calphad19869（2）：153 ［3］ Hillert MStanffansson L I．The regular solution model for stoichiometric phases and ionic melts．Acta Chem Scand197024： 3681 ［4］ Frisk KBratberg JMarkstrom A．Thermodynamic modeling of the M6C carbide in cemented carbides and high-speed steel．Calphad200529：91 ［5］ Liu Z K．Thermodynamic calculations of carbonitrides in microalloyed steel．Scripta Mater200450：601 ［6］ Andersson J OHelander THdghmd Let al．Thermo-Calc ＆ DICTRAcomputational tools for materials science． Calphad 200226（2）：273 ［7］ Li C RZhang W JZhang W Qet al．Calculation of phase equilibria between austenite and carbide in Fe-Cr-N-i C quaternary system．J Univ Sci Technol Beijing199012（2）：104 （李长荣张维敬张文奇等．Fe－Cr－Ni－C 四元系奥氏体与 碳化物之间的相平衡计算．北京科技大学学报199012（2）： 104） ［8］ Cui Z Q． Metallography ＆ Heat T reatment．Beijing：China Machine Press2000 （崔忠圻金属学与热处理北京：机械工业出版社2000） ·1554· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
