低碳Mn系空冷贝氏体钢的强韧性优化研究

论文摘要

本文针对碳含量范围为0.07%～0.30%的一系列低碳Mn系贝氏体钢,总结了一整套强韧性优化的途径。具体研究了不同C含量和不同Si含量的钢在奥氏体化后不同冷速下的组织类型,经空冷、系统回火后组织性能的变化规律,详细讨论了粒状组织的相变过程及M/A小岛形态。对于碳含量为0.08%左右的Mn系贝氏体钢,通过Gleeble热力模拟试验,研究了未微合金化及Nb微合金化后经不同温度热变形对组织的影响,在实验轧机上控轧后的性能数据较好的验证了研究结果。得到了以下主要结论:1. Si对碳含量为0.07～0.08%的Mn系贝氏体钢空冷后的组织类型几乎不产生影响,但对碳含量为0.17%的钢能明显提高淬透性。2.低碳Mn、Si钢的粒状组织中M/A小岛具有无规则排列型和平行排列型两种形态,当高温铁素体以台阶机制长大时,容易生成平行排列的小岛,区分粒状贝氏体和粒状组织不能以小岛是否平行排列为标准, Cr能有效抑制低碳Mn、Si钢中的粒状组织转变,使高温先共析铁素体中不出现小岛。3. Mn系贝氏体钢空冷后存在较大的宏观残余应力,屈服强度较低。低温回火能有效消除残余应力,使屈服强度增高,400℃左右回火后屈服强度达到最高。将Mn系贝氏体钢提高Si含量后经低温回火能获得很好的强韧性配合,对于低Si钢,高温回火后韧性值显著提高。4.随着变形温度的降低,低碳Mn系贝氏体钢中铁素体量增多,晶粒细化,韧性提高,加Nb之后相同形变工艺下组织显著细化,终轧温度降至760℃后,铁素体的量不发生明显的增多,而进一步发生细化,铁素体相变开始以形核为主。含Nb的低碳Mn系贝氏体钢性能比不含Nb的对于终轧温度更敏感,降低终轧温度能更有效提高含Nb钢的性能。5.采用粒状贝氏体/马氏体（Bg/M）复相组织,成功研制出工艺简单、低成本的930MPa级超高强螺纹钢筋,已实现工业化生产。对原有低碳Mn系贝氏体非调质中厚钢板进行了性能优化,优化后组织类型为仿晶界铁素体、晶内铁素体、粒状贝氏体复相,控轧+空冷后,R0.2﹥600MPa, Rm﹥800MPa,0℃的V型冲击韧性值大于150J。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 贝氏体组织
• 1.2.2 影响贝氏体组织性能的主要因素
• 1.2.3 微合金化钢
• 1.2.4 空冷贝氏体钢的研究和应用进展
• 1.2.5 高强度低合金中厚钢板的发展现状与研制进展
• 1.2.6 非调质钢的发展现状
• 1.3 研究内容
• 第2章 成分和冷速对贝氏体钢组织性能的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验过程
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Si 对低碳Mn 系贝氏体钢组织的影响
• 2.3.2 Si 对中碳Mn 系贝氏体钢组织的影响
• 2.3.3 Si 对高碳Mn 系贝氏体钢组织的影响
• 2.3.4 Mo 对低碳Mn 系贝氏体钢组织的影响
• 2.3.5 C、Si、Mo 对Mn 系贝氏体钢性能的影响
• 2.4 本章结论
• 第 3 章 低碳 Mn、Si 钢中粒状组织转变及 Cr 对组织的影响
• 3.1 前言
• 3.2 低碳Mn、Si 钢中粒状组织转变的研究
• 3.2.1 实验过程与结果
• 3.2.2 分析与讨论
• 3.3 Cr 对低碳 Mn、Si 钢粒状组织的影响
• 3.3.1 试验过程
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章结论
• 第4章 回火过程对Mn 系贝氏体钢性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 回火对Mn 系贝氏体钢强度的影响
• 4.2.1 实验材料和过程
• 4.2.2 实验结果
• 4.2.3 分析与讨论
• 4.3 回火过程对残余应力及其屈服强度的影响
• 4.3.1 实验材料和过程
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 分析与讨论
• 4.4 回火温度对Mn 系贝氏体钢韧性的影响
• 4.4.1 实验材料与过程
• 4.4.2 实验结果
• 4.4.3 分析与讨论
• 4.5 本章结论
• 第5章 热变形和微合金化对低碳Mn 系空冷贝氏体钢性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 热变形对Mn 系空冷贝氏体钢韧性的影响
• 5.2.1 实验过程
• 5.2.2 实验结果
• 5.2.3 分析与讨论
• 5.3 微合金化对Mn 系贝氏体钢性能的影响
• 5.3.1 Nb 对Mn 系贝氏体钢性能的影响
• 5.3.2 V、Ti 及复合微合金化钢的性能
• 5.4 本章结论
• 第6章 新型Mn 系空冷贝氏体钢的应用
• 6.1 引言
• 6.2 930MPa 级超高强精轧螺纹钢筋的研制
• 6.3 试制过程
• 6.3.1 钢筋组织和合金成分设计与冶炼
• 6.3.2 结果与分析
• 6.4 高强高韧非调质中厚钢板的性能优化
• 6.4.1 热轧空冷后钢板的性能
• 6.4.2 控轧空冷后钢板的组织与性能
• 6.4.3 控轧结合微合金化对钢板性能的影响
• 6.5 本章结论
• 第7章 全文结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果