09CuPTiRE钢晶粒超细化研究

论文摘要

钢铁是极为重要的工程材料。随着国民经济的发展,对钢铁材料的数量和性能都提出了更高的要求。目前,碳素结构钢的屈服强度水平为200MPa级,低合金高强度钢的屈服强度水平为400MPa级,合金结构钢的抗拉强度水平为800MPa级。为了满足未来经济和社会发展的需求,需要研究和开发出高强度和长寿命的新一代钢材。在这种背景下出现了新一代钢铁材料“超级钢”。开发超级钢的基本思路是:通过高洁净、均匀化、超细晶来大幅度提高钢材的性能。对钢铁材料微观组织的传统强化方法是:利用钢铁材料中的点缺陷（空位和间隙原子）产生固溶强化;利用线缺陷（位错）产生位错强化;利用面缺陷（晶界）对位错运动的阻碍产生晶界强化;利用体缺陷（如M（C,N））化合物析出相产生析出强化。晶粒细化是提高金属材料强度但又不损害韧性的唯一方法。因此,在生产中获得有效的晶粒细化方法是相当重要的。目前,对钢铁材料进行晶粒超细化得到比较一致的认识的方法是:微合金化方法（Microalloying Processing）,电磁方法（Electromagetic Processing）,热机械方法Thermo-Mechanical Processing（TMP）,微合金化（microalloying）细化方法。 本文研究利用形变诱导相变（DIFT）结合材料中加入微量Nb元素对09CuPTiRE钢的晶粒细化作用,进而对材料的强化;以及在γ→α相变过程中,储存能对晶粒的形核和长大的影响,并结合试验数据验证强化作用。09CuPTiRE钢是在应用于铁路车辆的生产制造,抗拉强度为390MPa级的Cu—P系耐候钢品种。在此基础上进行Ti微合金化并进行RE处理,开发研制的专用耐大气腐蚀钢板。经6年冶金工业大气下挂片暴露试验结果表明,其相对耐蚀率为对比Q235钢的233%,其强度级别基本上与Q235钢在一个等级上。提高材料的强度,在现有成分体系的基础上研究新一代超细晶高强度耐候钢,提高其力学性能,而依靠材料的高纯度仍然保持其优良的耐候性。本研究证实了Nb元素作为微合金化元素加入09CuPTiRE钢中,能够通过晶粒细化和沉淀强化影响钢的组织与性能,进而提高其强度。为了探讨和验证在09CuPTiRE钢中添加Nb元素结合DIFT工艺细化09CuPTiRE钢的可能性,进行了两个阶段的试验。 第一阶段利用大生产坯料,在实验室通过新工艺控轧,研究在低温、大变形、力图产生变形诱导相变铁素体的新工艺条件下钢的组织演变规律和实验室钢的力学行为特点,考察和研究09CuPTiRE钢在低于临界温度下的大变形轧制中的DIFT相变性能,验证其在DIFT条件下的晶粒超细化能力;第二阶段的试验在保持原有耐候钢成分体系的基础上加入了微量的Nb（0.02%）,并进行了控轧模拟试验,第二阶段钢试验考察和研究形变温度对添加了Nb的09CuPTiRE耐候钢的DIFT相变的影响。通过两个阶段对不含Nb和添加微量Nb09CuPTiRE钢轧制

论文目录

• 第1章 引言
• 1.引言
• 1.1 低碳钢晶粒超细化方法和国内外研究进展概述
• 1.1.1 微合金化（Microalloying Processing）细化方法
• 1.1.2 电磁场处理（Magnetic or Electric Field Treatment）细化方法
• 1.1.3 热机械（Hot Mechanical）方法
• 1.2 形变诱导铁素体相变晶粒细化
• 1.3 低合金耐候钢
• 1.4 09CuPTiRE钢提高力学性能的必要性
• 1.5 形变诱导相变（DIFT）强化是提高09CuPTiRE钢力学性能的可行途径
• 1.6 在09CuPTiRE钢中添加Nb元素结合DIFT工艺细化09CuPTiRE钢
• 第2章 试验方法和试验结果
• 2.1 第一阶段钢控轧试验及结果
• 2.2 第二阶段钢控轧试验及结果
• 2.3 两个阶段试验结果的比较
• 第3章 影响09CuPTiRE钢DIFT因素的讨论
• 3.1 09CuPTiRE钢DIFT的热力学原理和形变储存能估计
• 3.2 化学成分对09CuPTiRE钢DIFT的影响
• 3.2.1.C元素的影响
• 3.2.2 Mn元素的影响
• 3.2.3 Nb元素的影响
• 3.2.4 Cu元素的影响
• 3.2.5 Ti元素的影响
• 3.2.6 RE元素的影响
• 3.2.7 P、O、S元素的影响
• 3.3 形变变形参数对09CuPTiRE钢DIFT的影响
• 3.3.1 温度和应变速率对形变诱导铁素体相变的影响规律
• 3.3.2 变形温度的影响
• 3.4 过冷度和力学变形参数的综合影响
• 3.5 DIFT的动力学和晶核形核长大探讨
• 第4章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录