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高强度超低碳贝氏体钢研究与开发

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摘要

第1章 绪论

1.1 超低碳贝氏体钢概述

1.2 超低碳贝氏体钢发展现状

1.2.1 超低碳贝氏体钢国外发展现状

1.2.2 超低碳贝氏体钢国内发展现状

1.3 低碳贝氏体钢的中温转变组织类型

1.3.1 贝氏体与贝氏体分类

1.3.2 低碳贝氏体钢中贝氏体的分类

1.4 超低碳贝氏体钢中各元素的作用及对强度的影响

1.4.1 合金元素的作用

1.4.2 强化机制和屈服强度估算

1.5 本文研究的背景及主要内容

第2章 超低碳贝氏体钢的热变形行为研究

2.1 超低碳贝氏体钢的成分设计和屈服强度计算

2.1.1 成分设计

2.1.2 屈服强度计算

2.2 动态再结晶和静态再结晶行为研究

2.1.1 实验材料及方法

2.1.2 实验结果与讨论

2.2 连续冷却转变行为的试验研究

2.2.1 实验材料及方法

2.2.2 实验结果及分析

2.4 本章小结

第3章 两阶段轧制工艺对离线热处理组织性能的影响

3.1 实验方法

3.2 两阶段轧制压下率分配不同对微观组织影响

3.3 两阶段轧制对力学性能的影响

3.4 本章小结

第4章 QT工艺对组织性能的影响

4.1 冷却速度对组织和硬度的影响

4.1.1 实验方法

4.1.2 实验结果及分析

4.2 离线淬火温度和保温时间对钢组织性能的影响

4.2.1 实验材料及方法

4.2.2 实验结果及分析

4.3 回火工艺对组织性能的影响

4.3.1 实验材料及方法

4.3.2 实验结果及分析

4.3.3 结果讨论

4.4 本章小结

第5章 离线弛豫对组织性能的影响

5.1 实验材料及方法

5.2 实验结果及讨论

5.2.1 离线弛豫对微观组织的影响

5.2.2 离线弛豫对力学性能的影响

5.3 结果讨论

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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摘要

近年来,不断增长的建筑设施的发展需要更高韧性和塑性的高强度钢材。由此,第三期“973计划”提出了发展第三代低合金钢的概念,要求大幅度提高韧性和塑性,形成屈服强度500~1000MPa级的高强高韧低合金钢技术基础。基于以上要求,本文以超低碳贝氏体钢为研究对象,通过合理的成分设计,利用热模拟试验,研究了超低碳贝氏体钢的热变形行为及连续冷却过程中的相变规律,并通过热处理试验,研究了热处理工艺参数对超低碳贝氏体钢组织性能的影响。论文的主要内容如下:
  1.通过单、双道次压缩热模拟实验,研究了超低碳贝氏体钢的热变形行为,并得到了该实验钢的动态再结晶激活能为402kJ/mol和静态再结晶激活能为395kJ/mol,确定了临界应变、峰值应变、峰值应力与Z参数的关系,建立了实验钢的动态再结晶临界应变方程和静态再结晶动力学方程;利用经过调整后的周纪华式流变应力模型进行了非线性拟合,得到了具有较高的拟合精度的流变应力模型。通过动态CCT的热模拟实验,绘制出了超低碳贝氏体钢的连续冷却转变曲线。
  2.利用热模拟实验,研究了两阶段轧制对实验钢离线热处理的组织性能的影响。在同一压下量下,随着分配给未再结晶区的压下量的增加,后期热处理过程中的硬度先升高后下降。
  3.研究了热处理工艺参数(QT工艺和离线弛豫工艺)对超低碳贝氏体钢组织性能的影响。
  (1)通过设定一系列淬火实验,研究了加热温度和保温时间对实验钢组织性能的影响,并且确定了最佳的淬火温度和保温时间分别为900℃,50min。
  (2)采用QT工艺时,随回火温度的升高,贝氏体板条边界上的碳化物或者残余奥氏体逐渐分解,随后板条逐渐宽化,而后转变为粒状贝氏体,在700℃左右时,组织完全转变为准多边形铁素体,并且位错大量消失。组织由板条贝氏体转变为粒状贝氏体直至准多边形铁素体,组织越来越稳定。且随着回火温度的升高,由于组织变化,力学性能也随之变化,屈服强度先上升,当回火温度高于500℃时,屈服强度开始急速下降,在700℃时,屈服强度仅为710MPa。屈强比和延伸率基本上随着回火温度的上升而逐渐上升。
  (3)在离线弛豫工艺中,当弛豫至两相区以上时,随着弛豫时间增加,强度先上升而后略有下降,试样弛豫20s时抗拉强度达到最大值1043MPa,且弛豫试样的强度都比未弛豫的高;当弛豫进入两相区时,屈服强度和抗拉强度都急速下降,而延伸率逐渐升高。

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