深地深海光纤传感承荷探测电缆主要是指使用在万米深的地下或者海水以下，其传输数据的作用，属于油气勘探领域的关键装备，同时也是油气勘探工人作业过程中的眼睛，具有非常重要的作用。电缆工作在万米深的井下，要承受非常高的温度和压力，以及深海环境的腐蚀，附加海底地震，海洋暗流的冲涮以及大量海底生物的撞击等因素，对其使用性能具有非常高的要求。其铠装盔甲通常采用高强度钢丝进行防护，钢丝的抗拉强度逐渐发展到2000 MPa左右，采用高碳（碳含量> 0.77 wt.%）含量增加强度，同时采用Si元素和Mn元素进行合金化，并且添加一定含量的Cr元素和V元素，通过合理的轧制及轧后冷却工艺来获得极细的微观组织，后续采用离线等温淬火工艺进一步细化珠光体组织，获得具有纳米尺寸的珠光体结构，从而获得使其具有优异的综合力学性能。但是随着轻量化铠装电缆概念的提出，如何降低万米长度电缆的重量，轻量化的铠装电缆钢对其重量的减轻具有举足轻重的作用，因此本论文设计了一种新型的含Al电缆铠装钢，通过低密度Al元素来降低其密度，从而达到轻量化的目的，采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对比分析了Al元素对试验钢微观组织的影响。
1实验材料及方法
试验钢的化学成分如表1所示，1 #试验钢为常规的2000 MPa电缆铠装钢，其碳含量为0.96 wt.%，添加一定量的Si元素和Mn元素，添加0.35 wt.%的Cr元素来细化珠光体片层间距。2 #试验钢在1 #试验钢的基础上增加了3.97 wt.%的Al元素来降低试验钢的密度起到轻量化的作用，同时Al元素可以细化珠光体的片层间距，因此取消了Cr元素的添加。同时2 #试验钢还提高了Si和Mn的含量，Si元素的含量从0.99 wt.%提高至1.22 wt.%，Mn元素的含量从0.48 wt.%提高至0.74 wt.%。试验钢在冶炼厂采用真空冶炼后浇铸为钢锭，将钢锭锻压为50 × 50 × 1000 mm3的钢棒，再将钢棒轧制为Φ 6.5 mm的盘条。将盘条重新升温至至950 ℃保温5 min后取出放置在650 ℃的真空退火炉中进行等温处理，处理时间10 min，然后取出空冷至室温。采用光学显微镜（Olympus PEM3-3），扫描电子显微镜（SEM，Sirion 400）和透射电镜观察（TEM, JEM–2010HT）观察试验钢微观组织形貌。
表 1 试验钢的化学成分(质量分数，%)
Table 1 Chemical composition of the tested steels wt.%
2试验结果与讨论
2.1 试验钢的光学显微组织
1#、2#试验钢的光学显微组织如图1所示。从图1（a）中可以看出1 #试验钢在经950 ℃保温5 min后奥氏体化后在650 ℃等温淬火10 min后的获得了全部的珠光体组织，晶粒尺寸较小，在光学显微镜下无法分辨珠光体的片层结构，从图1（b）中可以看出，2 #试验钢的光学组织中存在大量白色的铁素体，呈网状分布，这是因为2 #试验钢添加了3.97 wt.%的Al元素，使试验钢转变为了亚共析钢，在奥氏体发生分解时，发生了先共析转变，在原始奥氏体晶界处析出了先共析铁素体。
图1 试验钢的光学显微组织
Fig. 1 Optical microstructure of test steel ( a )1# and ( b )2#
2.2 试验钢的扫描显微组织
采用扫描电镜进一步放大观察试验钢的微观组织形貌，观察渗碳体片层的结构，1 #试验钢在光学显微镜下可以判断为全部的珠光体组织，在扫描电镜下可以看出其珠光体的片层结构，1 #试验钢为全片层的珠光体组织，其珠光体团的尺寸大小为16 µm。2 #试验钢在扫描电镜下观察珠光体的微观结构，渗碳体的微观结构和1 #试验钢类似，也是全片层的渗碳体结构，其珠光体的尺寸大小为14 µm，小于1 #试验钢约2 µm。2 #试验钢由于添加了3.97 wt.%，微观组织中有先共析铁素体，渗碳体的片层结构和1 #试验钢类似，需要在透射电镜下进一步观察渗碳体的片层结构。
图2 试验钢扫描照片
Fig.2 Scanning photos of test steel ( a )1# and ( b )2#
2.3 试验钢的透射显微组织
采用透射电镜进一步放大观察试验钢的微观组织形貌，测量珠光体中渗碳体的层间距。1 #和2 #试验钢的透射电镜照片如图3所示，从图3（a）中可以看出，1 #试验钢中片层渗碳体镶嵌在铁素体的基体上，其片层的结构并不是完全连续的，而是断断续续的。2 #试验钢中片层渗碳体同样是镶嵌在铁素体基体上，渗碳体的片层也呈现断裂的现象，但是渗碳体片层的厚度要大于1 #试验钢，片层间距也要小于1 #试验钢，采用线性切割法测量渗碳体片层的间距，1 #试验钢珠光体的片层间距为120 nm，2 #试验钢珠光体片层间距为103 nm，小于1 #试验钢约17 nm。
图3 试验钢的透射照片
Fig.3 Transmission photos of test steel ( a )1# and ( b )2#
结论
添加3.97 wt.%的Al元素，使试验钢转变为亚共析钢，奥氏体发生了先共析转变，析出了网状的先共析铁素体，获得了约为12.3 Area%的先共析铁素体。
添加3.97 wt.%的Al元素，减小了试验钢中珠光体团的大小，珠光体团的尺寸由16 µm减小至14 µm，减小了约2 µm。
添加3.97 wt.%的Al元素，细化了试验钢珠光体组织中渗碳体的层间距，使试验钢珠光体片层间距由120 nm减小至103 nm，减小约17 nm。
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作者简介：董 铂（1980-），工程师，高邮市人力资源市场管理办公室；
通讯作者：夏迪星（1993-），助理工程师，省承荷探测电缆用工程技术研究中心副主任。