800MPa級(jí)針狀鐵素體馬氏體雙相鋼厚板的研制.pdf

1、本文在分析鐵素體馬氏體雙相鋼研究現(xiàn)狀以及針狀鐵素體優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上指出了當(dāng)前雙相鋼研究中的不足之處，探討了開(kāi)發(fā)熱軋雙相鋼厚板的意義和應(yīng)用前景，重點(diǎn)指出開(kāi)發(fā)針狀鐵素體馬氏體雙相鋼的必要性，提出了本文的研究目標(biāo)，并確定了本文的研究思路和主要研究?jī)?nèi)容。 首先采用材料設(shè)計(jì)的基本原理和方法，從焊接性、針狀鐵素體的形成條件以及經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，考慮各種化學(xué)成分的影響，設(shè)計(jì)了熱軋針狀鐵素體馬氏體雙相鋼厚板的化學(xué)成分。接著從開(kāi)發(fā)強(qiáng)度級(jí)別為800MPa低屈

2、強(qiáng)比熱軋雙相鋼出發(fā)，從理論上得出了滿(mǎn)足此種要求的軋制工藝制度；根據(jù)熱軋雙相鋼厚板的合金成分和軋制工藝特點(diǎn)，初步設(shè)計(jì)了試驗(yàn)鋼的軋制工藝路線。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的13種不同成分的試驗(yàn)鋼，采用不同的熱軋工藝，從屈強(qiáng)比、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求和降低成本角度優(yōu)選出鋼的合金元素的最佳范圍為：C0.05～0.1％，Si0.30～0.50％，Mn1.50～2.0％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ti0.01～0.02％，Nb0.03～0.06％，Ni0.20～0

3、.30％和Al0.020～0.050％。 從微觀組織的角度對(duì)試驗(yàn)鋼良好的綜合力學(xué)性能的原因進(jìn)行了深入研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼優(yōu)異的力學(xué)性能歸因于合理的化學(xué)成分和工藝，及其合理添加微合金元素。在這些綜合因素條件下，得到了具有細(xì)小晶粒的針狀鐵素體和馬氏體雙相組織。大量的鐵素體和馬氏體小角度晶界的存在，大大提高了材料的韌性。析出相粒子的結(jié)構(gòu)分析表明，高溫析出的Ti碳氮化物，可作為后續(xù)Nb和V碳氮化物析出的形核核心；Nb既可依附于Ti

4、的碳氮化物析出，也可單獨(dú)形成Nb碳氮化物；V碳化物則主要依附于先析出的Nb和Ti碳氮化物作為核心而析出。而Nb、Ti的碳氮化物可能會(huì)成為針狀鐵素體的形核核心。 采用熱模擬方法研究了工藝參數(shù)(包括加熱溫度、變形溫度、變形量、停冷溫度以及冷卻速度)對(duì)優(yōu)選成分的試驗(yàn)鋼板顯微組織的影響，并測(cè)定了試驗(yàn)鋼的CCT曲線。結(jié)果表明，不同工藝參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品的組織有不同的影響：加熱溫度不適宜太高；變形需要進(jìn)行再結(jié)晶和非再結(jié)晶兩階段控制，且變形量需要

5、合理的分配；軋后需要進(jìn)行一段時(shí)間的弛豫待溫，而冷卻速度和停冷溫度也要控制在一定的范圍之內(nèi)。另外，該鋼種的CCT曲線雖沒(méi)有明顯的卷取窗口，但鐵素體(包括多邊形鐵素體和針狀鐵素體)轉(zhuǎn)變區(qū)范圍很大，即存在很大的冷卻速度窗口，貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)明顯左移且右端封口。根據(jù)不同工藝參數(shù)對(duì)試驗(yàn)鋼顯微組織的影響，從而提出了試驗(yàn)鋼的軋制和冷卻工藝制度為：加熱溫度1100～1200℃，第一階段終軋溫度1000～1100℃，總變形率45～55％，第二階段開(kāi)軋溫度85

6、0～900℃，總變形率60～70％，終軋溫度780～850℃，軋后空冷時(shí)間40～120s，水冷速度5～25℃/s，出水溫度200～500℃。 利用有限元分析對(duì)第4章中提出的軋制工藝制度進(jìn)行了驗(yàn)證，根據(jù)終軋后水冷時(shí)厚板不同節(jié)點(diǎn)的溫度變化計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，厚度為25mm的鋼板水冷時(shí)雖然不同部位冷卻速度不盡相同，但各部分的冷卻速度均在10～30℃/s，滿(mǎn)足獲得針狀鐵素體+馬氏體雙相組織的工藝要求，從而最終確定了適合于工業(yè)生產(chǎn)條件下熱軋厚板

7、雙相鋼的成分和相應(yīng)的軋制工藝制度。對(duì)優(yōu)化出的第1種成分的鋼種和軋制工藝制度進(jìn)行了驗(yàn)證，所得試驗(yàn)鋼的綜合力學(xué)性能全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，表明優(yōu)化出的鋼種其軋制工藝制度適合于實(shí)際生產(chǎn)。 對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行的焊接性能計(jì)算和焊接熱模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，本文開(kāi)發(fā)的針狀鐵素體+馬氏體雙相試驗(yàn)鋼具有較低的冷裂紋敏感性?xún)A向、較低的預(yù)熱溫度。在-20℃、焊接熱輸入達(dá)到30kJ/cm的條件下和在-40℃，焊接熱輸入低于25kJ/cm的條件下，焊接接頭仍具有良好的沖