690MPa级热轧Nb-Ti贝氏体车轮钢组织性能控制

论文摘要

随着节能减排、汽车轻量化研究的不断深入,高强钢在汽车工业中的应用越来越广一直以来,国内外高强钢的生产多采用的方案是添加Mo、Cr、Ni、Cu、V等贵重合金元素,导致钢材成本增加,本文采用Nb-Ti微合金化结合TMCP技术开发690MPa级高强度热轧低碳贝氏体车轮钢,符合高性能低成本、节能降耗的发展主题。通过对不同TMCP工艺下的实验钢相变规律、第二相粒子析出行为和强韧化机制的研究,优化加工工艺,为工业化大生产提供必要的理论基础和工艺参考。论文的主要工作如下：（1）通过对实验钢静态CCT曲线的测定,研究不同冷却速率对显微组织的影响。结果表明,冷却速率在0.1-0.5℃/s范围内有铁素体、珠光体和粒状贝氏体组织生成,当冷却速率为3-5℃/s时,为粒状贝氏体组织,冷却速率增大到10℃C/s时,出现少量马氏体组织,随着冷速的提高马氏体体积分数增大。（2）通过工艺模拟实验研究变形后冷却速率、卷取温度、保温时间对显微组织的影响。结果表明,变形促进了先共析铁素体的形成,冷却速率为15～25℃/s且卷取温度为450～540℃时,可获得粒状贝氏体单相组织。随着冷却速率的提高、卷取温度的降低,晶粒显著细化,M/A岛由粗大的块状转变为弥散细小的粒状。实验钢珠光体转变孕育期很长,而贝氏体转变孕育期较短且相变速率较快。（3）实验室热轧实验显微组织分析表明,当终轧温度为780℃C时,有先共析铁素体生成,随着冷却速率的增大、卷取温度的降低,粒状贝氏体体积分数增加。（4）扫描、透射、电子探针、纳米压痕仪等精细组织分析表明,随着冷却速率的提高、卷取温度的降低,M/A岛从粗大的条状、三角状变为细小的粒状,碳化物的碳富集程度降低、与基体的硬度差减小,且抑制了沿晶界连续渗碳体的析出,贝氏体板条变细,位错密度增大,但过高的冷却速率、过低的卷取温度抑制铌、钛碳氮化物的析出,使析出强化效果减弱。（5）通过对综合力学性能分析表明,实验钢拉伸、冷弯、扩孔、冲击性能合格。组织强化、细晶强化、析出强化、位错强化、固溶强化为主要强化方式。（6）根据TMCP参数对组织性能的影响规律,制定出两套工艺路线：均采用两阶段控轧,加热温度1200℃,粗轧开轧温度为1100～1150℃。（a）高强度路线：精轧开轧温度为920～950℃,终轧温度为800～830℃,轧后冷却速率为30～35℃/s,卷取温度为450～500℃,从而获得贝氏体单相组织,用于制造轮辋用钢。（b）高扩孔性能路线：精轧开轧温度为900～930℃,终轧温度为760～800℃,轧后冷却速率为25～30℃/s,卷取温度为550～600℃,从而获得铁素体及贝氏体的复相组织,用于制造轮辐用钢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 车轮钢国内外研究现状
• 1.2 低碳贝氏体钢介绍
• 1.2.1 低碳贝氏体钢的国内外发展现状
• 1.2.2 低碳贝氏体钢的组织分类
• 1.3 钢的控制轧制与控制冷却工艺
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 控制轧制
• 1.3.3 控制冷却
• 1.4 低碳贝氏体车轮钢的强韧化机制
• 1.4.1 钢的强化机制
• 1.4.2 钢的韧化机制
• 1.5 铌、钛在低碳贝氏体车轮钢中的作用
• 1.5.1 再加热过程中对奥氏体晶粒的影响
• 1.5.2 热变形过程中对奥氏体再结晶行为的影响
• 1.5.3 控轧后冷却过程中析出强化作用
• 1.6 本课题的研究背景及研究内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 实验钢奥氏体冷却相变行为研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验钢的成分设计及组织选择
• 2.2.1 成分设计
• 2.2.2 组织选择
• 2.3 实验材料及方法
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 实验方案
• 2.4 实验结果与分析
• 2.4.1 实验钢静态CCT曲线
• 2.4.2 冷却速率对连续冷却相变组织的影响
• 2.4.3 冷却速率对贝氏体显微硬度的影响
• 2.4.4 变形后冷却速率对实验钢组织性能的影响
• 2.4.5 变形后卷取温度对实验钢组织性能的影响
• 2.4.6 变形后等温时间对相变的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 控轧控冷工艺对微观组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料、实验方法及控轧控冷工艺
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 控轧控冷工艺
• 3.3 工艺参数对显微组织的影响
• 3.3.1 终轧温度对显微组织的影响
• 3.3.2 冷却速率对显微组织的影响
• 3.3.3 卷取温度对显微组织的影响
• 3.4 工艺参数对精细组织与析出行为的影响
• 3.4.1 冷却速率对碳化物形貌的影响
• 3.4.2 卷取温度对碳化物形貌的影响
• 3.4.3 工艺参数对贝氏体板条束形貌的影响
• 3.4.4 工艺参数对析出行为的影响
• 3.4.5 工艺参数对位错组态的影响
• 3.4.6 工艺参数对碳富集程度的影响
• 3.4.7 工艺参数对微区硬度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 控轧控冷工艺对力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 拉伸实验方法
• 4.2.2 冷弯实验方法
• 4.2.3 扩孔实验方法
• 4.2.4 冲击实验方法
• 4.3 工艺参数对拉伸性能的影响
• 4.3.1 实验钢拉伸性能
• 4.3.2 拉伸失效形式与分析
• 4.4 工艺参数对冷弯性能的影响
• 4.5 工艺参数对扩孔性能的影响
• 4.5.1 实验钢扩孔性能
• 4.5.2 扩孔失效形式与分析
• 4.6 工艺参数对冲击性能的影响
• 4.6.1 实验钢冲击性能
• 4.6.2 冲击失效形式与分析
• 4.7 实验钢强韧化机制研究
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢