成分及轧制工艺对钒钛微合金钢组织性能的影响

论文摘要

随着造船业的发展,船舶逐渐向大型化、轻型化方向发展,一般强度船板已不能满足船体结构的要求,高强度船板在造船业中的比例不断提高。船板钢除了要求较高的强度外,还要有较高的低温冲击韧性,船板用钢过去通常用Nb或Nb+Ti微合金化实现晶粒细化,来提高钢的屈服强度和冲击韧性。由于钒比其他微合金元素不易产生横向裂纹,而且钒在地壳中分布较广,中国是世界三大钒生产国之一,从经济的角度来说,加入钒不加铌更能降低成本。本文首先在THERMECMASTOR-Z热模拟实验机进行热模拟试验,测定钢的静态相变点和CCT曲线;然后设计钢板成分主要为低碳-低锰-加钒钛氮,通过不同的钒、氮元素含量在3种在不同的热加工工艺对控轧控冷态钢板的组织、性能进行比较,确定钢板的成分设计。在获得最佳成分后,研究不同工艺参数对钢板组织与力学性能的影响。本论文的主要结论为:有效钒和有效氮含量的变化对钢的Ac1和Ac3相变点的影响不大,但随着有效钒和氮含量的增加,Ar1和Ar3温度下降;当形变后的冷却速率低于4℃/s时,所有钢的室温组织均由铁素体+珠光体组成。当冷却速率大于4℃/s时,钢中开始出现贝氏体组织。而当冷却速度超过约9℃/s时,所有钢的组织中珠光体消失,由贝氏体+铁素体组成;钒的含量在0.08%,氮含量在0.008%时,采用工艺Ⅱ,钢板屈服强度在390MPa以上,纵向冲击韧性在-40℃仍有足够储备;确定控轧控冷的最佳工艺参数为:加热温度为（1180±20）℃,终轧温度设置为（1050±10）℃,终冷温度控制在（550±20）℃,冷却速度一般在10～15℃/s,使得材料碳氮化物析出最多,该工艺下钢的屈服强度、抗拉强度分别为457MPa、573MPa,延伸率和断面收缩率分别为27%、74%,从横向冲击结果来看,-60℃时,冲击韧性值为45J,满足了高级别船板钢强韧性的要求;研究发现第二相在铁素体区析出的几种方式大致为:晶界或亚晶界和铁素体基体内。主要析出相有VC、TiN。轧制温度低时,析出相更加均匀细小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 微合金钢
• 1.1.1 微合金钢的发展
• 1.1.2 微合金化钢的强化理论
• 1.2 钒钛氮微合金化技术
• 1.2.1 钒钛氮在钢中的作用
• 1.3 控轧控冷技术在微合金化钢中的作用
• 1.3.1 控制轧制的原理
• 1.3.2 控制冷却目的及原理
• 1.3.3 控轧控冷要素
• 1.4 本课题的研究意义、课题来源及研究内容
• 1.4.1 本课题的研究意义
• 1.4.2 课题来源
• 1.4.3 本课题的研究内容
• 2 动、静态相变点与CCT 曲线的测定
• 2.1 材料的化学成分
• 2.2 试样制备与试验方法
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 试验钢的相变点和CCT 曲线
• 2.3.2 动态连续转变曲线的测定
• 2.4 本章小结
• 3 VN 成分设计及优化
• 3.1 VN 合金化元素及成分设计
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 力学性能测试
• 3.2.2 金相检测方法
• 3.3 试验结果及其分析
• 3.3.1 力学性能试验
• 3.3.2 微观组织分析与研究
• 3.4 本章小结
• 4 热加工工艺对组织性能影响研究
• 4.1 试验材料及方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 不同终轧温度和轧后冷却速度对组织性能的影响
• 4.2.1 实验方案
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 不同压下制度对钢板组织和性能的影响
• 4.3.1 实验方案
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.4 不同冷却制度对实验钢组织性能的影响
• 4.4.1 实验方案
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.5 微观组织TEM 观察
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录