熱軋高強(qiáng)結(jié)構(gòu)用鋼組織控制理論與工藝開(kāi)發(fā).pdf

1、隨著節(jié)約化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為鋼鐵材料生產(chǎn)流程主要環(huán)節(jié)的材料加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)減量化，生產(chǎn)節(jié)約型鋼鐵產(chǎn)品，對(duì)促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在新一代鋼鐵材料的開(kāi)發(fā)研究過(guò)程中，希望用盡量少的資源，在不添加或少添加合金元素的條件下，生產(chǎn)出低成本、高附加值的高性能的鋼材，這對(duì)于進(jìn)一步挖掘鋼鐵材料的潛力，實(shí)現(xiàn)減量化制造具有重要意義。 本文結(jié)合國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863項(xiàng)目)“500MPa碳素鋼先進(jìn)工業(yè)化制造技術(shù)”，在C-Mn鋼基礎(chǔ)上

2、添加微合金元素鈮、釩、鈦，對(duì)其在軋制過(guò)程中的奧氏體高溫變形行為、連續(xù)冷卻過(guò)程的相變行為等物理冶金過(guò)程進(jìn)行研究，探討以TMCP工藝生產(chǎn)屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼過(guò)程中的組織演變及控制理論問(wèn)題，以少加微合金元素、不添加附加值高的Mo、Cr、Ni等合金元素，實(shí)現(xiàn)材料減量化加工工藝的思想，在晶粒細(xì)化理論的基礎(chǔ)上綜合應(yīng)用相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等多種強(qiáng)化機(jī)制軋制高強(qiáng)鋼，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼的減量化工業(yè)生產(chǎn)打下理論基礎(chǔ)。研究取得如下結(jié)果： (1

3、) 以鈮釩鈦復(fù)合添加和單獨(dú)添加鈦的成分路線，綜合運(yùn)用細(xì)晶、析出、相交等強(qiáng)化方式，在實(shí)驗(yàn)室條件下成功開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)鋼具有良好的低溫沖擊性能及冷彎性能，達(dá)到了同類(lèi)產(chǎn)品的性能要求，在不使用昂貴的Mo、Ni、Cr等合金元素和不穩(wěn)定的B元素的前提下，實(shí)現(xiàn)了減量化生產(chǎn)。 (2)針對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼奧氏體晶粒細(xì)化問(wèn)題，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼高溫?zé)嶙冃涡袨榈难芯?，給出了細(xì)化奧氏體組織的思路。結(jié)果表明，對(duì)于鈮釩鈦實(shí)驗(yàn)鋼來(lái)說(shuō)，其奧

4、氏體晶粒的粗化溫度大于1200℃，奧氏體再結(jié)晶終止溫度為910℃，通過(guò)6道次大部分未再結(jié)晶控制軋制，其奧氏體晶粒細(xì)化到8μm。對(duì)于含鈦實(shí)驗(yàn)鋼來(lái)說(shuō)，在1125～1250℃的加熱溫度范圍內(nèi)不存在明顯的粗化溫度，即粗化溫度大于1250℃，奧氏體再結(jié)晶終止溫度小于860℃，通過(guò)6道次再結(jié)晶控制軋制，其奧氏體晶粒細(xì)化到11μm。 (3)針對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼組織演變問(wèn)題，通過(guò)連續(xù)冷卻模擬實(shí)驗(yàn)，分析了不添加Mo等合金元素的可行的控軋控冷路線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5、明，實(shí)驗(yàn)鋼在5～20℃/s較寬的冷卻速度范圍內(nèi)都可以得到貝氏體組織，隨冷卻速度的增加，貝氏體量增多。因此，在軋制過(guò)程中可采取適當(dāng)增加冷速來(lái)獲得貝氏體，進(jìn)而取代Mo的作用。由CCT曲線可知，實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)奧氏體區(qū)軋制后，存在較寬的鐵素體析出區(qū)。因此，可以充分利用其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，以細(xì)晶鐵素體組織為主，綜合利用細(xì)晶強(qiáng)化、貝氏體的相變強(qiáng)化機(jī)制，避開(kāi)在成分設(shè)計(jì)上添加Mo、B等合金元素來(lái)得到貝氏體組織的思路。 (4)細(xì)化貝氏體組織對(duì)提高

6、實(shí)驗(yàn)鋼的性能具有重要意義。針對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼貝氏體相變的問(wèn)題，研究了影響貝氏體相變的因素，分析了貝氏體相變動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，變形量和冷卻速度對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變量的影響較大。由于貝氏體板條間的間距在很大程度上是由與每個(gè)板條有關(guān)的碳的擴(kuò)散所控制，相變溫度是影響貝氏體組織形貌的主要因素，不同相變溫度下碳原子具有不同的擴(kuò)散能力，便形成了不同形態(tài)的貝氏體。由于不同組織形態(tài)的貝氏體具有不同的力學(xué)性能。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)鋼來(lái)說(shuō)，在成分一定的情況下，可以通過(guò)對(duì)奧氏體

7、的細(xì)化及適當(dāng)?shù)募铀倮鋮s來(lái)細(xì)化貝氏體組織，從而得到所需的性能。 (5)對(duì)實(shí)驗(yàn)室軋制的700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的分析結(jié)果表明，鈮釩鈦高強(qiáng)鋼的組織為單一鐵素體，鐵素體晶粒細(xì)小而均勻，其平均晶粒尺寸為2.5μm，鐵素體基體上分布著幾個(gè)納米至十幾個(gè)納米的(Nb、Ti)(CN)析出物，有效提高了鋼材的性能，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，其析出強(qiáng)化量約為250MPa。含鈦高強(qiáng)鋼的組織為鐵素體+貝氏體，鐵素體和貝氏體組織明顯細(xì)化，貝氏體板條束的平均長(zhǎng)為6.9μ