NiCrMoV系列高強(qiáng)鋼是我國常用的船舶結(jié)構(gòu)用低合金高強(qiáng)度鋼,，具有強(qiáng)度高,、低溫韌性優(yōu)、焊接性良好等優(yōu)點,。目前,，我國已完成特厚鋼板的研究與工業(yè)化"，船體結(jié)構(gòu)制造以鋼板為主,，但對于船舶的異型或大壁厚結(jié)構(gòu)部件,，鋼板具有較多的局限性，無法滿足實際使用需求?；诖?，開展5NiCrMoV鋼鍛件的生產(chǎn)研究。5NiCrMoV高強(qiáng)鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.11%,，最大設(shè)計壁厚為120mm,，屈服強(qiáng)度為785～925MPa。以5NiCrMoV鋼鍛件為研究對象,，通過設(shè)定不同的回火溫度,，分析鍛件的力學(xué)性能與金相組織，探討120mm壁厚鍛件的合理熱處理工藝,。1試驗材料與方法 1.1 試驗材料   為使本研究的試驗數(shù)據(jù)更貼合工業(yè)化生產(chǎn),，試驗采用“電弧爐+精煉脫氣”冶煉鋼水，隨后進(jìn)行電渣重熔,，電渣錠中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%,、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.8%、Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%,、Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,。采用鍛壓機(jī)對電渣錠進(jìn)行開壞鍛造，采用數(shù)控立車對鍛件進(jìn)行機(jī)加工,，獲得環(huán)狀試驗用鍛件,，內(nèi)徑為2800mm、高度為1000mm,、壁厚為120mm,。     鍛件熱處理工藝為淬火+高溫回火。在鍛件上取若干個直徑為3mm,、高度為10mm的標(biāo)準(zhǔn)膨脹試樣,，用Gleeble膨脹儀測得鍛造5NiCrMoV鋼的加熱相變點Ac1為636℃，加熱轉(zhuǎn)變終了溫度Ac3為806℃,。本研究以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),，確定試驗材料的熱處理工藝與鍛件試板的獲取方法。     將環(huán)狀鍛件整環(huán)淬火后,，875℃溫度下保溫5h,，水冷，入水轉(zhuǎn)運時間不大于2.5min,，淬火水容量與鍛件質(zhì)量比值大于10,。在環(huán)狀鍛件上分切4塊弧長為1000mm、高度為1000mm,、壁厚為120mm的試板,，分別進(jìn)行600℃,、620℃、640℃,、660℃高溫回火,，保溫10h，空冷至室溫,。淬火與回火熱處理均選用電阻爐,，溫控精度為±5℃。1.2試驗方法     高溫回火后,，對4塊試板進(jìn)行解剖取樣,，每塊試板壁厚區(qū)分內(nèi)表面、內(nèi)表面T/4（T為試板壁厚,，即距內(nèi)表面30mm處）,、心部,、外表面T/4,、外表面共5層，逐層取樣,。每層壁厚位置均按《金屬材料室溫拉伸試驗方法》（GB/T228.1一2010）加工R4型拉伸試樣,，采用美特斯CMT5205電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行室溫拉伸試驗，記錄材料的屈服強(qiáng)度,、抗拉強(qiáng)度,、斷后伸長率、斷面收縮率,。按《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》（GB/T229—2007）加工10mm×10mmX55mm尺寸V形缺口試樣,，采用美特斯ZBC2302擺錘沖擊試驗機(jī)進(jìn)行-20℃與-84℃低溫沖擊試驗，記錄材料的沖擊能量值,、斷面率,。按《鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗方法》（GB/T6803—2008）加工P-3型試樣，采用JL-3000型號落錘試驗機(jī)進(jìn)行試驗,，測定材料斷裂時的最高溫度,。按《金屬平均晶粒度測定材料斷裂時的最高溫度。按《金屬平均晶粒度測定方法》（GB/T6394一2017）與《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》（GBT226一2015）,，采用奧林巴斯X51M金相顯微鏡進(jìn)行晶粒度評級與金相組織觀察,。2結(jié)果與分析2.1 室溫拉伸性能     不同回火溫度試板室溫拉伸性能結(jié)果見表1。5NiCrMoV鋼室溫拉伸指標(biāo)值為屈服強(qiáng)度785～925MPa,、斷后伸長率≥15%,、斷面收縮率≥50%。由檢測結(jié)果可知：試板的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均隨回火溫度的升高而降低,，且溫度越高屈服強(qiáng)度下降幅度越大,；沿壁厚方向,，心部的強(qiáng)度略低于內(nèi)外表面。將不同回火溫度試板的拉伸性能與指標(biāo)值范圍相對比,，600℃試板屈服強(qiáng)度處于指標(biāo)值上限,，640℃與660℃試板屈服強(qiáng)度低于指標(biāo)下限，620℃試板屈服強(qiáng)度處于指標(biāo)值中限,，最大值為880MPa,，最小值為839MPa，滿足指標(biāo)值要求,。在本研究的后序試驗中,，重點關(guān)注620℃試板各項性能指標(biāo)。     不同回火溫度試板的斷后伸長率與斷面收縮率均可滿足指標(biāo)值要求,，且隨著回火溫度升高,，數(shù)值均略有升高，640℃回火達(dá)到最大值,，在660℃回火時略有下降,，說明此溫度下材料的強(qiáng)度與韌性均下降。試板的斷后伸長率與斷面收縮率,，壁厚的表面與心部無明顯變化規(guī)律,。2.2低溫沖擊性能    不同回火溫度試板的低溫沖擊試驗結(jié)果見表2。5NiCrMoV鋼低溫沖擊指標(biāo)值為-20℃沖擊能量值≥80J,、-20℃沖擊斷面率≥90%,、-84℃沖擊能量值≥47J。由表2可知,，試板在-20℃與-84℃進(jìn)行低溫沖擊,，能量值與斷面率均隨回火溫度的升高而升高，640℃時達(dá)到最大值,，在660℃時出現(xiàn)下限趨勢,，這與室溫拉伸性能中斷后伸長率與斷面收縮率的變化趨勢一致。沿壁厚方向,，試板心部的低溫韌性優(yōu)于內(nèi)外表面,。將不同回火溫度試板的低溫沖擊性能與指標(biāo)值范圍相對比，600℃試板在-20℃低溫沖擊斷面率低于指標(biāo)值,、-84℃低溫沖擊能量值處于指標(biāo)下限,，其他試板低溫沖擊性能均滿足指標(biāo)值。     620℃試板的-20℃低溫沖擊試驗中,，能量最小值為229J,，是指標(biāo)下限值（80J）的2.9倍，斷面率為100%,。-84℃低溫沖擊試驗中,，能量最小值為126J,，是指標(biāo)下限值（47J）的2.7倍，斷面率均值66%,。試板在620℃回火時,，表現(xiàn)出了良好的低溫韌性，且儲備量大,，可保證鍛件在低溫下的使用安全,。2.3落錘試驗     由落錘試驗測定的無塑性轉(zhuǎn)變溫度（Nil-DuctilityTransition Temperature，NDTT）是廣泛應(yīng)用的一種動態(tài)轉(zhuǎn)變溫度指標(biāo),，是表征材料抗冷脆性能的重要參量,。不同回火溫度試板的落錘試驗結(jié)果見表3。620℃試板的心部與表面NDTT均低于-100℃,，滿足指標(biāo)值要求（低于-70℃）,，表明試板低溫下抗脆性斷裂能力良好。2.4 晶粒度檢測     試板的晶粒度檢測結(jié)果見表4,。由表4可知,，試板的晶粒度均勻性良好，晶粒度處于6.5～7.3,，表面與心部的晶粒度無明顯差異,，回火溫度對晶粒度無明顯影響。2.5 金相組織觀察     不同回火溫度試板外表面與心部的金相組織觀察結(jié)果如圖1所示,。試板的外表面為回火馬氏體組織，心部為回火馬氏體并含有少量粒狀貝氏體,。    材料的含碳量僅為0.09%,，過冷奧氏體的穩(wěn)定性較低，需要更快的冷卻速度才可得到馬氏體組織,，因此在淬火熱處理中對入水轉(zhuǎn)運時間,、淬火水容量與鍛件的質(zhì)量比值做出要求。鍛件在淬火過程中,，內(nèi)外表面快速冷卻,，形成板條馬氏體，使材料具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性,。心部冷卻速度稍慢,，首先在過冷奧氏體晶內(nèi)或晶界上形成少量的粒狀貝氏體，然后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,，形成板條馬氏體與粒狀貝氏體組織,。與馬氏體相比，粒狀貝氏體強(qiáng)度略低,，但其彌散于馬氏體中,，可以起到復(fù)相強(qiáng)化的作用,，而且粒狀貝氏體對奧氏體的分割作用又造成馬氏體的晶粒細(xì)化。這種低碳板條馬氏體與貝氏體結(jié)合組織的韌性將優(yōu)于單一馬氏體組織,，但對強(qiáng)度影響不大,因此材料的心部與表面一樣具有較好的強(qiáng)韌性匹配,，尤其對于低溫韌性具有不錯的表現(xiàn)。     在回火過程中,，隨著溫度升高,，位錯發(fā)生遷移與合并，使其釘扎效果減弱,，材料強(qiáng)度出現(xiàn)下降,。另外，隨著溫度升高,，超過鐵素體固溶度的碳以碳化物形式析出,、球化、聚集長大,，也會影響材料的拉伸性能,。      觀察金相組織可知，600℃試板的組織表現(xiàn)為明顯的板條狀結(jié)構(gòu),，其間有析出的碳化物,，材料表現(xiàn)為高強(qiáng)度、低韌性,。620℃試板的組織保留馬氏體板條結(jié)構(gòu),，碳化物在晶粒內(nèi)部與晶界上開始呈現(xiàn)球化現(xiàn)象，出現(xiàn)彌散的小顆粒碳化物,，對材料低溫韌性有較大貢獻(xiàn),，材料強(qiáng)韌性匹配良好。640℃試板已接近材料的Ac1溫度,，出現(xiàn)大量球化碳化物并聚集長大,，進(jìn)一步提高了材料的低溫韌性，但材料強(qiáng)度明顯降低,。660℃試板馬氏體的板條狀結(jié)構(gòu)消失,，基體中的碳化物開始溶解并減少，存在的碳化物尺寸較大,，此種組織表現(xiàn)為材料的強(qiáng)度大幅下降,，且韌性開始下降。3結(jié)論   采用電渣重熔+鍛造成型方式制造的120mm壁厚5NiCrMoV鋼鍛件,，調(diào)質(zhì)熱處理工藝：淬火溫度875℃±5℃,，快速水冷；回火溫度620℃±5℃,，空冷至室溫,。此工藝處理的120mm壁厚鍛件試板,，其拉伸強(qiáng)度與低溫韌性匹配良好，且低溫韌性儲備量大,，可滿足5NiCrMoV鋼力學(xué)性能指標(biāo)要求,。鍛件通過調(diào)質(zhì)后，晶粒度均勻,，表面為回火馬氏體組織,，心部含有少量粒狀貝氏體組織。