1000MPa級超高強鋼軋制及冷卻過程微觀組織控制及性能

1、1000MPa級超高強鋼軋制及冷卻過程微觀組織控制及性能隨著人類社會的發(fā)展與進步, 人們對材料的需求日益增加, 其中包括作為重要組成部分的高強度結構材料。 工程機械、石油開采、橋梁建筑等領域不斷發(fā)展,對高屈服強度易焊接鋼板提出了新的要求。這種高強度支撐結構件在服役條件下受多種應力作用, 一旦發(fā)生屈服 , 會造成不可估計的損失。 因此 , 研究超高強韌鋼板實現(xiàn)對低強度厚規(guī)格鋼板的減量化,并提高支撐結構的可靠性, 具有重要的意義。本文以兩類 Cr-Mo 系超高強韌鋼為研究對象, 分別進行工藝模擬實驗和實際熱軋實驗 , 研究其顯微組織演變規(guī)律、力學性能特點、焊接熱循環(huán)特性、實際可焊接性能以及氫滲透性

2、能。 論文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果如下:(1) 系統(tǒng)地研究了工藝參數(shù)對低碳Cr-Mo 系, 復合添加 Nb、V、Ti 析出強化超高強鋼的顯微組織演變及宏觀硬度變化規(guī)律, 確定終軋變形溫度在880900, 等溫溫度控制在400左右 , 能夠實現(xiàn)板條細化的貝氏體完全轉變; 在實際熱軋實驗研究中 , 分析比較兩種工藝參數(shù)獲得的實驗鋼相變組織和力學性能特性, 明確了卷取和冷卻路徑對低碳 Cr-Mo 系復合添加 Nb、V、Ti 實驗鋼強韌性的影響規(guī)律, 即冷卻及卷取溫度能夠調整鋼材強度、塑性和低溫韌性, 實驗鋼屈服強度范圍在10601145MPa,延伸率范圍為 8.6 10.1%,-20 沖擊韌性值范

3、圍在85 120 J/cm2 。(2) 采用低碳高硅 Cr-Mo 系不添加析出強化元素的化學成分 , 利用組織強化和固溶強化提高鋼板強度 ; 并利用硅元素保留大量薄膜狀殘余奧氏體 , 提高鋼材塑性和低溫韌性。采用熱模擬試驗機進行等溫相變研究 , 確定奧氏體化溫度、等溫溫度及等溫時間對貝氏體轉變均勻性、相變速率及轉變量的影響規(guī)律, 為實際熱軋實驗提供理論依據(jù)。(3) 對低碳高硅 Cr-Mo 系超高強鋼進行實際熱軋實驗研究表明 , 通過兩階段軋制變形 +超快速冷卻工藝 , 能夠獲得板條細小的無碳化物貝氏體和位錯型馬氏體組織 , 控制板條細化至 0.1 0.5 m,薄膜狀殘余奧氏體寬度為0.08 0

4、.2 m,使得鋼板具有超高強韌性, 其屈服強度達到1010 1070MPa,抗拉強度為 11601310MPa,延伸率為 12.3 20.8%,-20 沖擊韌性值為88115J/cm2。并進行在線回火熱處理研究 , 明確低溫回火處理有利于降低殘余應力, 對強度、塑性和沖擊韌性影響不大 ; 高溫回火顯著改善塑性 , 但使得鋼板強度的降低已不能滿足高屈服超高強韌鋼的性能要求。.(4) 采用熱模擬實驗技術 , 研究焊接熱輸入量對單道次模擬焊接粗晶熱影響區(qū)和峰值溫度對雙道次模擬焊接再加熱粗晶區(qū)的影響規(guī)律, 分析認為隨著焊接熱輸入量的增加 , 粗晶區(qū)顯微組織由板條馬氏體向板條貝氏體, 隨后向粗大的粒狀貝

5、氏體轉變 , 其沖擊韌性呈先升高后下降的趨勢, 主要是由于當焊接熱輸入量增加時 , 冷卻速率下降 , 碳元素充分擴散 , 使原奧氏體晶界處形成的粗大M-A 島中馬氏體占主導 , 容易形成應力集中 , 導致脆性斷裂 ; 雙道次模擬焊接粗晶區(qū)再加熱后,沖擊韌性均未明顯下降 , 表明實驗鋼經(jīng)多道次焊接, 不會出現(xiàn)沖擊韌性惡化現(xiàn)象。(5) 實驗研究低碳高硅 Cr-Mo系超高強鋼在實際 Ar+20%CO2氣體保護焊接過程中 ,焊接熱輸入量對焊接接頭顯微組織、強度和低溫沖擊韌性的影響規(guī)律。結果表明 , 超高強鋼在焊接過程中受焊接熱輸入量影響, 焊接接頭強度隨著熱輸入量增加而降低。當焊接熱輸入量超過20kJ

6、/cm 時 , 混晶區(qū)出現(xiàn)大量多邊形鐵素體組織 , 出現(xiàn)典型的焊接“軟化”現(xiàn)象。合理控制焊接工藝參數(shù) , 在不進行焊前預熱 , 但保持焊接層間溫度為150C,并進行焊后 200C保溫 lh 消氫處理條件下 , 不產(chǎn)生焊接冷裂紋 , 焊接接頭屈服強度、抗拉強度及延伸率分別為1005MPa、1120MPa及 11.5%, 熱影響區(qū) -20 C沖擊功大于 55J。(6) 研究了低碳高硅Cr-Mo 系超高強鋼在不同化學成分、冷卻及回火熱處理工藝條件下試樣的氫滲透性能, 采用 Devanathan 電化學法測定恒電流陰極電解時氫原子滲透鋼板的氫滲透電流, 計算比較各條件下的氫滲透通量、氫陷阱中氫濃度、氫擴散系數(shù)等參數(shù)。結果表明 , 無碳化物貝氏體組織試樣氫擴散系數(shù)比位錯型馬氏體組織試樣略高 , 主要原因是 : 殘余奧氏體及殘余奧氏體與馬氏體界面吸附氫原子能力比位錯吸附氫原子能力強。 位錯型馬氏體氫陷阱數(shù)量高 , 擴散系數(shù)略低 , 經(jīng)低溫回火處理后 , 位錯密度減少 , 不僅使實驗鋼屈服強度上升 , 而且提高了氫在鋼中擴散速率。通過對 2Mn、3Mn以及 3Mn-0.5Ni 三種化學成分實驗鋼的氫