工程科学学报.第42卷.第3期：340-347.2020年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.3:340-347,March 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.24.005;http://cje.ustb.edu.cn 低碳低合金钢时效过程中Mn在o-Fe与渗碳体间重分 布特征 张植权，周邦新1,2)四，王均安2)，刘文庆12) 1)上海大学材料研究所，上海2000722)上海大学微结构重点实验室，上海200444 ☒通信作者，E-mail:zhoubx@shu.edu.cn 摘要利用原子探针层析技术研究了核反应堆压力容器(RPV)模拟钢调质处理后在370和400℃长期时效以及淬火后在 4O0℃长期时效后Mn在a-Fe基体与渗碳体间重分布的特征.研究结果表明.在所有热处理条件下，Mn均会从a-Fe基体向 渗碳体内扩散.引起渗碳体内M浓度升高.其中淬火后直接在400℃时效条件下试样中渗碳体内的Mn浓度最高.即使在 400℃经过35000h长时间时效，Mn在渗碳体内的浓度仍未达到平衡，需要进一步延长时效时间，这与Mn在400℃在a- F©基体中扩散速率极其缓慢有关.此外，Mn在渗碳体内的分布也不均匀，在靠近a-Fε基体/渗碳体界面附近的渗碳体一侧存 在Mn的原子偏聚区，偏聚区Mn浓度随时效温度升高而增加.长时间时效后，Mn在两相间重分布特征与Mn在渗碳体内扩 散速率低于Mn在a-Fe基体中扩散速率有关. 关键词核反应堆压力容器钢：原子探针层析技术：M原子偏聚：合金元素重分布：准平衡析出 分类号TG142.71 Redistribution of Mn between a-Fe matrix and 0 cementite during long-term thermal aging in a low alloy steel ZHANG Zhi-quan,ZHOU Bang-xin2),WANG Jun-an2),LIU Wen-ging2) 1)Institute of Materials,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2)Laboratory for Microstructures,Shanghai University,Shanghai 200444,China Corresponding author,E-mail:zhoubx @shu.edu.cn ABSTRACT The addition of certain amounts of Mn in steel has long been known to retard the growth and coarsening of cementite during tempering,which can increase the tempering resistance of carbon steels.It is now well-established that the retarding effect is inherently correlated with the partitioning of Mn between ferrite (a)matrix and cementite (0).According to the equilibrium thermodynamics,Mn would diffuse from a-Fe matrix to 0 cementite after the initial stage of tempering until equilibrium is reached. However,the manner in which Mn diffuses from a-Fe matrix to 0 cementite is unclear,which is key in understanding the mechanism in which the partitioning of Mn can retard the growth and coarsening of cementite.Therefore,the measurement of Mn content across the a- Fe/e interface is of importance to achieve this goal.In this study,the redistribution characteristics of Mn between a-Fe matrix and0 cementite after long-term aging at 370 or 400C with quenched-tempered or quenched samples of reactor pressure vessel model steel was investigated by atom probe tomography.Results show that Mn diffuses from the a-Fe matrix and enriches in the 0 cementite under all heat treatment conditions.The concentration of Mn in cementite is the highest when the specimen is thermally aged directly after quenching.Moreover,Mn is not distributed uniformly within cementite after long-term aging at 400 C for 35000 h.Instead,a Mn- 收稿日期：2019-04-24 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2011CB610503):国家自然科学基金重点资助项目(50931003)：上海市重点学 科建设资助项目(S30107)低碳低合金钢时效过程中 Mn 在 α-Fe 与渗碳体间重分 布特征 张植权1)，周邦新1,2) 苣，王均安1,2)，刘文庆1,2) 1) 上海大学材料研究所，上海 200072    2) 上海大学微结构重点实验室，上海 200444 苣通信作者，E-mail：zhoubx@shu.edu.cn 摘    要    利用原子探针层析技术研究了核反应堆压力容器（RPV）模拟钢调质处理后在 370 和 400 ℃ 长期时效以及淬火后在 400 ℃ 长期时效后 Mn 在 α-Fe 基体与渗碳体间重分布的特征. 研究结果表明，在所有热处理条件下，Mn 均会从 α-Fe 基体向 渗碳体内扩散，引起渗碳体内 Mn 浓度升高. 其中淬火后直接在 400 ℃ 时效条件下试样中渗碳体内的 Mn 浓度最高. 即使在 400 ℃ 经过 35000 h 长时间时效，Mn 在渗碳体内的浓度仍未达到平衡，需要进一步延长时效时间，这与 Mn 在 400 ℃ 在 α- Fe 基体中扩散速率极其缓慢有关. 此外，Mn 在渗碳体内的分布也不均匀，在靠近 α-Fe 基体/渗碳体界面附近的渗碳体一侧存 在 Mn 的原子偏聚区，偏聚区 Mn 浓度随时效温度升高而增加. 长时间时效后，Mn 在两相间重分布特征与 Mn 在渗碳体内扩 散速率低于 Mn 在 α-Fe 基体中扩散速率有关. 关键词    核反应堆压力容器钢；原子探针层析技术；Mn 原子偏聚；合金元素重分布；准平衡析出 分类号    TG142.71 Redistribution  of  Mn  between  α-Fe  matrix  and  θ  cementite  during  long-term  thermal aging in a low alloy steel ZHANG Zhi-quan1) ，ZHOU Bang-xin1,2) 苣 ，WANG Jun-an1,2) ，LIU Wen-qing1,2) 1) Institute of Materials, Shanghai University, Shanghai 200072, China 2) Laboratory for Microstructures, Shanghai University, Shanghai 200444, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhoubx@shu.edu.cn ABSTRACT    The addition of certain amounts of Mn in steel has long been known to retard the growth and coarsening of cementite during tempering, which can increase the tempering resistance of carbon steels. It is now well-established that the retarding effect is inherently  correlated  with  the  partitioning  of  Mn  between  ferrite  (α)  matrix  and  cementite  (θ).  According  to  the  equilibrium thermodynamics, Mn would diffuse from α-Fe matrix to θ cementite after the initial stage of tempering until equilibrium is reached. However, the manner in which Mn diffuses from α-Fe matrix to θ cementite is unclear, which is key in understanding the mechanism in which the partitioning of Mn can retard the growth and coarsening of cementite. Therefore, the measurement of Mn content across the α- Fe/θ interface is of importance to achieve this goal. In this study, the redistribution characteristics of Mn between α-Fe matrix and θ cementite after long-term aging at 370 or 400 °C with quenched–tempered or quenched samples of reactor pressure vessel model steel was investigated by atom probe tomography. Results show that Mn diffuses from the α-Fe matrix and enriches in the θ cementite under all heat treatment conditions. The concentration of Mn in cementite is the highest when the specimen is thermally aged directly after quenching. Moreover, Mn is not distributed uniformly within cementite after long-term aging at 400 °C for 35000 h. Instead, a Mn- 收稿日期: 2019−04−24 基金项目: 国家重点基础研究发展计划（973 计划）资助项目（2011CB610503）；国家自然科学基金重点资助项目（50931003）；上海市重点学 科建设资助项目（S30107） 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期：340−347，2020 年 3 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 3: 340−347, March 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.24.005; http://cje.ustb.edu.cn