熱處理工藝對(duì)高強(qiáng)無(wú)碳貝氏體鋼韌性影響研究課件

1、課題背景課題背景實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及預(yù)期目標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及預(yù)期目標(biāo)41235課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容本課題的研究意義本課題的研究意義課題背景課題背景 高強(qiáng)鋼的發(fā)展： 珠光體+鐵素體雙相鋼（500550MPa）馬氏體鋼（強(qiáng)度以損失韌性和焊接性為代價(jià)）貝氏體鋼（綜合力學(xué)性能優(yōu)異） 高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼被公認(rèn)為21世紀(jì)鋼種，國(guó)外在20世紀(jì)80年代才開(kāi)始進(jìn)行研制。該鋼種含碳量較低，塑韌性與普通低合金鋼相比更加優(yōu)異，其應(yīng)用范圍廣泛，可用于石油管線、艦船、大型結(jié)構(gòu)件及海洋設(shè)施等方面；國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)貝氏體鋼的相關(guān)研究國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)貝氏體鋼的相關(guān)研究 國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)碳貝氏體的研究主要是： 清華大學(xué)方鴻生教授突破了空冷貝氏體鋼必須加入M

2、o和限于以低碳為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn-B系列貝氏體鋼； 西北工業(yè)大學(xué)的康沫狂在貝氏體鋼中加入Si、Al阻礙碳化物析出的元素，保證在很大冷速范圍內(nèi)獲得，貝氏體鐵素體+殘余奧氏體=準(zhǔn)貝氏體（無(wú)碳化物）的新型準(zhǔn)貝氏體鋼； 國(guó)內(nèi)對(duì)低碳貝氏體鋼的研發(fā)大部分停留在試驗(yàn)研究階段，只有個(gè)別廠家成功生產(chǎn)出性能優(yōu)良、成本低廉的低碳貝氏體鋼板。國(guó)內(nèi)外無(wú)碳貝氏體鋼的研究國(guó)內(nèi)外無(wú)碳貝氏體鋼的研究 國(guó)外對(duì)高強(qiáng)貝氏體的研究主要是： 美國(guó)Tuskegee大學(xué)開(kāi)發(fā)的低碳貝氏體鋼軌鋼，其極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率分別為1500MPa、1100MPa和13，比相同條件下的珠光體鋼性能要高，且具有良

3、好的斷裂韌性(KIC=150MPam1/2)，其值是相同條件下珠光體鋼斷裂韌性的1.5倍。 國(guó)外在2004年以來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新型無(wú)碳化物超高強(qiáng)度貝氏體鋼（2000Mpa），其顯微組織是由厚度在2040nm范圍的BF板條與殘余奧氏體薄膜交替排列而成，該種鋼細(xì)化后的組織甚至可以同碳納米管相媲美；本課題的研究意義本課題的研究意義 迄今為止，盡管已經(jīng)研制出多種新型的低合金超高強(qiáng)度貝氏體鋼且其韌性有一定程度改善，但提高幅度并不明顯，為增加低碳高強(qiáng)度貝氏體鋼的韌性，人們?cè)跐M足抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)目標(biāo)的前提下不斷地進(jìn)行著優(yōu)化強(qiáng)韌性結(jié)合的研究。 而且，目前國(guó)外在無(wú)碳貝氏體鋼的研究和產(chǎn)品應(yīng)用方面都要領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，相關(guān)無(wú)碳貝

4、氏體鋼的性能比國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品也要優(yōu)異的多。 本課題的研究意義本課題的研究意義 本課題研究制備高強(qiáng)無(wú)碳貝氏體的成分體系和工藝體系，以及探討熱處理工藝對(duì)其韌性影響規(guī)律具有重要的實(shí)際意義：A.相比傳統(tǒng)的貝氏體鋼而言，無(wú)碳貝氏體鋼屬于一種新型的貝氏體鋼，綜合性能優(yōu)異，有很大的應(yīng)用前景；B.目前國(guó)內(nèi)研究粒狀貝氏體鋼，貝氏體/馬氏體復(fù)相鋼等方面的工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于無(wú)碳貝氏體鋼；C.對(duì)于無(wú)碳貝氏體鋼的研究，大多數(shù)研究方向集中在設(shè)計(jì)鋼的合金成分，而熱處理制度對(duì)高強(qiáng)無(wú)碳貝氏體鋼性能影響的研究相對(duì)較少，有的研究熱處理對(duì)無(wú)碳貝氏體鋼的影響時(shí)，直接從鑄錠切割試樣，未設(shè)計(jì)軋制工藝步驟；課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容 高強(qiáng)無(wú)碳貝氏

5、體鋼 對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的檢測(cè)，包括組織形態(tài)，力學(xué)性能等，主要研究不同熱處理制度對(duì)其韌性性能的變化規(guī)律；成分體系工藝體系一、無(wú)碳貝氏體鋼的合金成分：低合金超高強(qiáng)度貝氏體鋼的晶粒細(xì)化與韌性提高康沫狂試樣最終組織為：試樣最終組織為：致密的鐵素體板條束致密的鐵素體板條束+體積分?jǐn)?shù)為體積分?jǐn)?shù)為14%左右的左右的ARTheoretical design and advanced microstructure in super high strength steels創(chuàng)新點(diǎn)前本實(shí)驗(yàn)熱處理后組織： 75%BF + 富碳?xì)堄鄪W氏體 Toughness deterioration in advanced high st

6、rength bainitic steels C：0.210.35%，低的碳含量可以減少對(duì)鋼韌性有很大影響的滲碳體形成，可焊性好，太低則影響A的穩(wěn)定性，使其在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)易發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變，故也不能太低； Si：1.52.0%，抑制貝氏體轉(zhuǎn)變和隨后的回火過(guò)程中形成脆性滲碳體等碳化物，Si在滲碳體中的溶解度非常低并能強(qiáng)烈阻止從奧氏體中析出滲碳體； Mn：1.52.5%；保證設(shè)計(jì)鋼在空冷條件下獲得貝氏體； 少量其它合金元素Ni、V、Ti、Cr、Mo等。總結(jié)無(wú)碳貝氏體鋼的合金設(shè)計(jì)成分二、實(shí)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)： 貝氏體既有珠光體轉(zhuǎn)變的某些特征，又有馬氏體轉(zhuǎn)變的某些特征，這給貝氏體帶來(lái)復(fù)雜的相變性質(zhì)和多樣的組織形

7、態(tài)。 影響貝氏體組織形態(tài)的除內(nèi)在因素諸如鋼的化學(xué)成分和母相組織以外，熱加工工藝熱加工工藝也是至關(guān)重要的。因而研究熱處理工藝對(duì)高強(qiáng)貝氏體鋼組織和性能的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。兩種制備高強(qiáng)無(wú)碳貝氏體鋼的工藝設(shè)計(jì)加速冷卻：70/S熱軋：終軋溫度（900）40mm12mm600500空冷獲得目標(biāo)組織熱處理后組織： 75%BF+富碳?xì)堄鄪W氏體Theoretical design and advanced microstructure in super high strength steels鋼錠加熱到900正火空冷至室溫分別在200、300、400、500、600回火正火和低溫回火獲得的微觀組織為

8、：無(wú)碳貝氏體；500回火：奧氏體分解，沖擊韌性下降；回火溫度對(duì)新型貝氏體鋼組織和性能的影響本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)真空爐熔煉制備實(shí)驗(yàn)樣品鑄錠的奧氏體化不同冷速到貝氏體轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷卻制度（水、油或空冷）得到設(shè)計(jì)的組織（無(wú)碳化物貝氏體等）回火處理合金設(shè)計(jì)性能測(cè)試熱軋 軋制工藝從開(kāi)軋溫度、軋制道次、每道次壓下量、軋制速度以及終軋溫度等方面進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)； 熱處理制度主要從鋼錠熱軋后的冷卻制度（空冷或者風(fēng)冷）以及回火工藝等方面進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)；分析討論預(yù)期目標(biāo)預(yù)期目標(biāo) 組織目標(biāo)： 最終制備的無(wú)碳貝氏體鋼組織構(gòu)成為： BF+薄膜狀富碳?xì)堄鄪W氏體鋼中不存在碳化物和不穩(wěn)定的鋼中不存在碳化物和不穩(wěn)定的塊狀塊狀

9、殘余奧氏體殘余奧氏體，殘余奧氏體只以薄膜，殘余奧氏體只以薄膜形式出現(xiàn)，殘余奧氏體以薄膜狀形形式出現(xiàn)，殘余奧氏體以薄膜狀形式存在于式存在于BF板條間。是材料在斷裂板條間。是材料在斷裂時(shí)吸收更多的能量，提高鋼的韌性時(shí)吸收更多的能量，提高鋼的韌性 性能目標(biāo)：1.強(qiáng)度： 達(dá)到高強(qiáng)鋼的要求（1000MPa左右）；2.延伸率： 10% ；3.沖擊韌性： 100J，較熱處理之前有一定提高，且根據(jù)熱處理制度的不同有一定的規(guī)律；4.相較其他鋼種（回火馬氏體鋼）有更好的強(qiáng)韌性 配合；時(shí)間安排時(shí)間安排時(shí)間時(shí)間內(nèi)容內(nèi)容2011.052011.06查閱文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于高強(qiáng)無(wú)碳貝氏體鋼方面的研究成果和現(xiàn)狀，確定研究方向。2011.062011.07制定實(shí)驗(yàn)方案，完成開(kāi)題報(bào)告。2011.09