CSP流程鈦微合金化高強鋼的開發(fā)及強化機理研究.pdf

1、鈦微合金化技術(shù)在CSP流程上具有良好的適應(yīng)性,研究在薄板坯連鑄連軋工藝條件下鈦微合金化鋼的冶金規(guī)律對于CSP流程鈦微合會化鋼新產(chǎn)品開發(fā)和組織性能控制具有重要的理論意義和實用價值。本論文在工業(yè)實驗的基礎(chǔ)上對鈦微合金化高強度鋼的精煉工藝、夾雜物行為、鋼的組織與性能和強化機理進行了實驗研究與理論分析,為開發(fā)低成本高性能熱軋鈦微合金化鋼板提供了可靠的工藝基礎(chǔ)。
　　 采用轉(zhuǎn)爐-CSP工藝,通過合理的成分設(shè)計和在冶煉及精煉工藝的嚴格控制,

2、生產(chǎn)出了高質(zhì)量的鈦微合金化高強度鋼,并對鋼中夾雜物在精煉、連鑄過程中的演變進行了分析研究。鋼中夾雜物以球形或近似球形的氧化鋁及氧化鈦復(fù)合夾雜物為主。熱力學(xué)計算表明,若鋼液中[N]控制在0.0020％以下,凝固時快速降溫通過兩相區(qū),氮化鈦將在澆鑄凝固末期固相分數(shù)fs大于0.8時析出,有利于氮化鈦的細化。
　　 利用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡等對本工作開發(fā)的利用BOF-CSP流程生產(chǎn)的鈦微合金化X70管線鋼的組織性能進行了研究,

3、結(jié)果表明實驗鋼典型組織均由多邊形鐵素體和粒狀貝氏體及極少量珠光體構(gòu)成,晶粒等級為10～11.5級,位錯密度較高,這些位錯互相纏結(jié)分布混亂,有些已經(jīng)形成較為完整的位錯胞界,位錯和位錯胞的強化作用也是鈦微合金化鋼的強化機制之一；通過掃描電鏡及透射電鏡觀察了M／A島的細微形貌,M／A島的存在在增加鋼強度的同時并未明顯地降低鋼的韌性和塑性。鋼中存在大量TiN、TiC和Ti4C2S2析出物,細小、彌散分布的TiC能阻止位錯移動,通過Orowan機

4、制起到明顯的沉淀析出強化作用。利用FactSage6.1對含鈦0.09％的鈦微合金化高強鋼的平衡析出相進行了熱力學(xué)計算。利用物理化學(xué)相分析、XRD、EDS和高分辨TEM對試驗鋼中的析出物進行了觀察和標定。試驗結(jié)果顯示鈦微合金鋼中除鈦氮化物化物包含大量納米級Fe3C析出物,尺寸小于18nm的質(zhì)量分數(shù)為0.2565％。Fe3C具有沉淀強化作用,參照Olson和Ashby-Orowan的工作計算得其沉淀強化增量為234.4MPa。當討論鋼中微

5、合金元素的細晶強化與沉淀強化作用時不應(yīng)忽視納米級鐵碳析出碳化物的貢獻。鋼的綜合強化機理是“鋼的屈服強度等于各種強化機制對鋼屈服強度貢獻之和”,在一定條件下鋼的屈服強度等于固溶強化、細晶強化與析出強化的加和。
　　 焊接性能試驗結(jié)果表明鈦微合金化高強鋼焊接接頭具有較高強度及良好的彎曲塑性變形能力,焊縫和熱影響區(qū)具有較好的低溫韌性?？笻IC性能測試結(jié)果顯示實驗鋼具有很好的抗HIC性能,說明鈦的添加不會惡化X70鋼的抗HIC性能。采用

6、共焦激光掃描顯微鏡觀察了加熱過程中奧氏體晶粒的生成及長大情況,建立了加熱時奧氏體晶粒長大的模型,可靠性檢測顯示模型測與實驗結(jié)果具有較高的一致性。通過掃描電鏡對冷卻后試樣組織及夾雜物進一步觀察發(fā)現(xiàn),含鈦的復(fù)合夾雜物及大量的Ti(C,N)析出物具有誘導(dǎo)生成晶內(nèi)鐵素體的作用。
　　 通過成分和工藝優(yōu)化,在實驗室開發(fā)出不同強度等級的鈦微合金化貝氏體鋼,抗拉強度最高可達到875MPa,-20℃沖擊功不小于27J,具有良好強韌性配合。金相組