一种超高强钢的加工工艺及组织性能研究

论文摘要

进入21世纪,环境和能源已经成为全球性的话题。随着世界经济的发展,人类赖以生存的自然资源日渐枯竭,环境与生态危机进一步加深。为保护环境、节约能源和原材料（包括铁矿石）,冶金行业应积极推行“绿色钢铁生产”,发展超高强度钢、控制钢产量已是大势所趋。在此背景下,本文采用Thermo-Calc热力学软件计算、控轧控冷技术,在实验室条件下开发出强度在1500MPa以上,并具有良好低温韧性的超高强度钢。本文从成分优化、实验室试轧工艺以及热处理制度等方面,均进行较为系统的研究。论文主要研究内容和结果如下：（1）利用Thermo-Calc热力学软件计算结果,优化了该超高强钢中的Cr、Mo、Ni、W含量,设计了合理的化学成分；在不改变平衡相图中平衡相的前提下,达到了节约贵金属元素的目的。（2）对新设计的超高强钢进行了实际冶炼和轧制,开展了连续冷却转变规律的研究。未变形条件下,该钢在冷却速度为0.1～0.15℃/s时,显微组织为贝氏体铁素体（BF）；当冷却速度增至0.25～1℃/s时可获得贝氏体铁素体（BF）+板条马氏体（M）组织；当冷却速度达到2-30℃/s及以上时,可获得全马氏体（M）组织。（3）利用φ450mm实验热轧机研究了控轧+空冷（CR+AC）和TMCP工艺对该钢微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,加热温度控制在1200℃,粗轧温度控制在1000～1150℃,精轧温度控制在850～950℃。在CR+AC工艺下可得到贝氏体铁素体（BF）组织,组织分布均匀,屈服强度和抗拉强度分别为1032MPa和1550MPa,延伸率为13.7%,屈强比为0.65；TMCP工艺下得到板条贝氏体（LB）+马氏体（M）组织,屈服强度为915～1020MPa,抗拉强度为1545-1640MPa,延伸率为12%。通过对不同工艺下精细组织、析出物的分析,了解轧制工艺参数对微观组织影响,从而获得最佳生产工艺,并为实际工业化生产提供理论依据。（4）对该高强钢开展了等温淬火实验研究,进一步优化了其热处理工艺。结果表明：在385℃、360℃等温时,显微组织为块状铁素体（PF）+板条贝氏体（LB）+粒状贝氏体（GB）的混合组织；385℃等温时,屈服强度和抗拉强度最高可达1105MPa、1595MPa,常温下纵向冲击韧性在29J以上。试验钢在335℃、310℃等温时均得到板条贝氏体（LB）+马氏体（M）组织。在310℃等温时,延伸率和断面收缩率分别为16.8%、50.9%,具有较高的强度和较好的冲击韧性,其冲击功和冲击韧性分别为46J、57.5J-cm1/2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高强度钢的分类
• 1.2.1 低合金超高强度钢
• 1.2.2 中合金超高强度钢
• 1.2.3 高合金超高强度钢
• 1.3 国内外超高强度钢的发展概况
• 1.3.1 国外超高强度钢的发展概况
• 1.3.2 国内朝纲强度钢的发展概况
• 1.4 高强低碳贝氏体钢简介
• 1.4.1 国外高强低碳贝氏体钢的研究现状
• 1.4.2 国内高强地毯贝氏体钢的研究现状
• 1.5 控轧控冷简介
• 1.5.1 控制轧制
• 1.5.2 热机械处理工艺技术
• 1.6 合金元素在超高强钢中的作用
• 1.7 课题背景及研究内容
• 1.7.1 课题背景
• 1.7.2 课题研究的意义
• 1.7.3 本文研究内容
• 第2章 试验钢热力学计算研究
• 2.1 引言
• 2.2 计算方案
• 2.3 计算结果分析
• 2.3.1 贝氏体轨道钢的平衡相图
• 2.3.2 Ni和W含量对轨道钢平衡相图中平衡相的影响
• 2M的影响'>2.3.3 W对B₂M的影响
• 2.3.4 Mo含量变化对轨道钢中碳化物固溶温度的影响
• 2.3.5 调整Ni、Mo、W、Cr含量计算平衡相图的分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 试验钢连续冷却转变研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 实验方案
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 试验钢升温时的膨胀量-温度曲线
• 3.4.2 试验钢的连续冷却转变曲线
• 3.4.3 试验钢连续冷却转变组织
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验钢控轧控冷实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与设备
• 4.3 实验方案
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 试验室控轧控冷实验结果
• 4.4.2 试验钢显微组织观察
• 4.4.3 试验钢力学性能
• 4.4.4 试验钢TEM组织观察
• 4.5 本章小结
• 第5章 试验钢等温热处理研究
• 5.1 贝氏体相变热力学和相变动力学简介
• 5.1.1 贝氏体相变热力学
• 5.1.2 贝氏体相变动力学
• 5.2 实验材料与设备
• 5.3 实验方案
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 试验钢显微组织观察
• 5.4.2 试验钢力学性能
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢