氮对提高20MnSi钢强度的作用机理研究

论文摘要

20MnSi螺纹钢筋可用于钢结构制作、建筑业及机器零部件。目前广泛使用的20MnSiⅡ级钢筋的主要缺点是强度偏低，仅为335MPa，因而在建筑工程中钢材消费量较大。氮合金化能使偏析的金属原子与晶界结合力增强，氮还能起到阻碍晶粒长大及组织粗化的作用。本文通过添加氮化硅的方式，向20MnSi钢中加氮。采用扫描电子显微镜观察组织和拉伸断口形貌、蔡司金相显微镜观察钢组织和高温拉伸后近断口组织、X射线能谱、透射电子显微镜观察锻后钢组织、显微硬度仪、JB－30B型冲击实验机进行冲击实验、Gleeble-1500D热模拟实验机等分析手段分析加入加氮后钢的组织和性能。对加氮的20MnSi实验钢的高温延塑性的分析表明，在氮处理20Mnsi时提高抗拉强度的同时。对塑性也有提高。0.4%0.6%时对材料的峰值应力和断面收缩率同时有大幅度提高，0.6%0.8%时峰值应力和断面收缩率没有显著的变化，在1200℃时略有下降。通过研究不同加氮量的20MnSi实验钢的高温变形行为，得出在相同的变形条件下，加氮0.6%的20MnSi实验用钢的变形抗力普遍大于加氮0.4%和0.8%的20MnSi钢的变形抗力；氮的加入对动态再结晶有推迟作用。加氮20MnSi钢淬火会产生混合孪晶的板条马氏体，加0.6%N的20MnSi钢的淬火马氏体板条细小，回火屈氏体片间距小，渗碳体片层厚度非常细小。淬火和回火后硬度随着氮含量的增加而下降。氮可以改善20MnSi实验钢的冲击韧性，在加氮量为0.6%时，20MnSi钢的冲击韧性最好；随着温度的降低，加氮的20MnSi实验钢的冲击韧性逐渐降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 氮在钢中的作用
• 1.1.1 氮元素的性质
• 1.1.2 氮对钢的组织影响机理
• 1.1.3 氮对钢力学性能的影响
• 1.2 高氮钢的理论基础
• 1.3 高氮钢的重要性能
• 1.4 高氮钢的应用
• 1.5 Si3N4的应用
• 1.6 2 0MnSi
• 1.6.1 2 0MnSi 的定义和性能
• 1.6.2 2 0MnSi 钢的力学性能
• 1.6.3 2 0MnSi 在应用中遇到的问题
• 1.7 选题的目的及意义
• 2 实验方案及试样制备
• 2.1 材料的准备及计算
• 2.1.1 原料及成分确定
• 2.1.2 合金加入量及其他元素带入量
• 2.1.3 原料成分总量
• 2.2 实验用钢的冶炼
• 2.3 实验钢的锻造
• 2.4 试样的制备及实验
• 2.4.1 用于组织观察试样的制备
• 2.4.2 高温拉伸试验
• 2.4.3 高温压缩试验
• 2.4.4 热处理工艺
• 2.4.5 冲击实验
• 3 实验结果与分析
• 3.1 实验钢成分
• 3.2 氮在 20MnSi 实验钢中的微观表现
• 3.3 高温拉伸实验
• 3.3.1 真应力-真应变曲线
• 3.3.2 断口形貌分析
• 3.3.3 近断口组织分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 高温压缩实验
• 3.4.1 影响真应力-真应变曲线的条件
• 3.4.2 动态再结晶激活能
• 3.4.3 小结
• 3.5 不同冷速下 2 号钢的组织及硬度
• 3.5.1 不同冷却速度下的显微组织
• 3.5.2 冷却速度对硬度的影响
• 3.5.3 小结
• 3.6 氮对 20MnSi 实验钢金相组织的影响
• 3.6.1 氮对 20MnSi 实验钢淬火组织的影响
• 3.6.2 氮对 20MnSi 实验钢回火组织的影响
• 3.6.3 氮对 20MnSi 实验钢硬度的影响
• 3.6.4 小结
• 3.7 氮对 20MnSi 实验钢冲击韧性的影响
• 3.7.1 氮对室温及-20℃时冲击韧性的影响
• 3.7.2 冲击断口形貌分析
• 3.7.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢