含钒钢晶粒尺寸对板材力学性能及成形性能的影响研究

论文摘要

晶粒细化是唯一既能够提高材料强度,又能改善材料韧性的方法,因此,超细晶粒钢是未来钢铁材料发展的主要方向之一。由于晶粒细化到一定程度将启动新的塑性变形机制,由此造成晶粒材料不再遵循传统的力学关系,其材料的成形性能也不同于传统材料。本文重点是探索超细晶粒钢力学行为的本质特征。本文以低碳含钒钢为主要研究对象,利用热模拟单道次变形与多道次变形的试验方法制备了低碳含钒钢的试样,考察了变形工艺对组织和显微硬度的影响规律。为了对比考察超细晶粒钢的力学性能和成形性能的特征,利用热连轧工艺装备制备了不同晶粒尺寸的实验钢,并将不同晶粒尺寸的板材进行力学性能及成形性能测试和组织分析。通过大量的含钒超细晶粒钢的透射电镜和相组成的精细分析,得出了符合超细晶条件下晶粒尺寸与力学性能的关系模型,同时探索了超细晶粒钢的成形性能,初步探索了超细晶粒钢强化的本质。研究结果表明:在超细化组织条件下,材料的组织性能关系虽然与Hall-Petch公式相吻合,但是存在着较大偏差,主要表现为截距σ0大幅上升,而斜率κy显著下降。这是因为铁素体晶界随晶粒超细化而减薄,使得其晶界对材料的力学性能具有双重影响:一方面屈服强度随着晶界总长度的增加而提高,另一方面又因晶界减薄而降低。此外,伴随着晶粒超细化,板材获得了优异的成形性能,这是由于含钒钢中发生了较多的析出,形成碳氮化物,使碳难以富集,可大大减少对成形性不利的珠光体组织,获得了单相铁素体组织钢板。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 超细晶粒钢的发展及国内外的研究状况
• 1.1.1 超细晶粒钢的发展
• 1.1.2 获得超细晶粒钢的方法
• 1.2 超细晶粒钢的力学性能性能研究
• 1.2.1 晶粒尺寸对超细晶粒钢力学行为的影响
• 1.2.2 钢铁材料力学行为的理论基础
• 1.2.2.1 位错塞积理论
• 1.2.2.2 加工硬化理论
• 1.3 钢铁材料成形性能的研究
• 1.4 本文研究目的、内容
• 第二章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 实验室热模拟试验
• 2.2.1 单道次热模拟试验
• 2.2.2 多道次热模拟试验
• 2.3 实验室轧制试验方案
• 2.4 透射分析制样及图像统计分析
• 2.5 微观组织观察和力学性能测试
• 第三章 超细晶钢组织演变规律及其轧制工艺对板材力学性能的影响
• 3.1 单道次变形的试验结果与分析
• 3.1.1 变形温度对试验钢的晶粒尺寸的影响
• 3.1.2 变形量对试验钢组织和显微硬度的影响
• 3.2 多道次变形的试验结果与分析
• 3.2.1 不同间隔时间对试验钢组织和显微硬度的影响
• 3.2.2 低温多道次变形对试验钢相变组织的影响
• 3.3 实验室超细晶轧制工艺对对板材力学性能的影响
• 3.3.1 成分、轧制工艺对屈服强度的影响
• 3.3.2 成分、轧制工艺对抗拉强度的影响
• 3.3.3 成分、轧制工艺对延伸率的影响
• 3.3.4 成分、轧制工艺对冲击韧性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 含钒超细晶粒钢力学性能的研究
• 4.1 超细晶粒钢的微观组织观察及其力学性能测试
• 4.1.1 各试验钢在工艺3下的显微组织
• 4.1.2 力学性能测试结果
• 4.2 超细晶粒钢中的Hall-Petch关系
• 4.2.1 试验钢不同晶粒尺寸与屈服强度的关系
• 4.2.2 试验钢不同晶粒尺寸与抗拉强度的关系
• 4.2.3 试验钢不同晶粒尺寸与延伸率的关系
• 4.2.4 试验钢不同晶粒尺寸与冲击韧性性的关系
• 4.3 超晶粒钢Hall-Petch公式中斜率在下降的原因
• 4.3.1 超晶粒钢中晶界对霍尔-佩奇关系的影响
• 4.3.2 超晶粒钢中位错对霍尔-佩奇关系的影响
• 4.4 超细晶条件下的细晶强化
• 4.5 钒的析出强化作用
• 4.6 本章小结
• 第五章 超细晶粒铁素体钢成形性能的研究
• 5.1 冷弯性能检测
• 5.2 试验钢冷弯检测结果分析
• 5.2.1 金相组织对冷弯性能的影响
• 5.2.2 夹杂物对成形性能的影响
• 5.3 超细晶粒钢的断口分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 本文存在的问题及后续工作
• 参考文献
• 在学期间发表的论文目录
• 致谢