本文關(guān)鍵詞： 低合金高強(qiáng)鋼 塑性 低溫韌性 殘余奧氏體 多相組織　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了滿足日益增長的工程結(jié)構(gòu)和裝備輕量化、高服役性及節(jié)能減排的要求,發(fā)展具有高強(qiáng)度且兼具高塑性、高韌性以及良好的焊接性的第三代低合金鋼,本文針對0.23C-1.35Si-1.85Mn低成本低合金鋼及0.08C-2～3Mn-0.5Ni體系低碳低合金鋼進(jìn)行殘余奧氏體調(diào)控以期開發(fā)高性能鋼,重點研究了組織調(diào)控過程中殘余奧氏體的穩(wěn)定化機(jī)制及其對力學(xué)行為的影響。對0.23C-1.35Si-1.85Mn鋼經(jīng)兩相區(qū)760℃臨界退火加300～500℃中溫一步等溫處理,獲得了臨界鐵素體、貝氏體以及殘余奧氏體的多相組織。研究表明,殘余奧氏體含量與等溫過程中貝氏體相變量有關(guān)。在300℃等溫時,奧氏體發(fā)生持續(xù)分解生成無碳化物貝氏體,最終獲得的殘余奧氏體含量較少；在400℃等溫時,大部分奧氏體等溫分解成貝氏體后,仍有8%左右的奧氏體未完全分解,此時有足夠的貝氏體中過飽和C向奧氏體中富集,進(jìn)而獲得穩(wěn)定的殘余奧氏體;在500℃等溫時,僅少量奧氏體分解成貝氏體,此時沒有足夠的C從貝氏體中向未分解的奧氏體中富集,最終無法獲得穩(wěn)定的殘余奧氏體。實驗鋼先經(jīng)淬火至300℃短時間等溫,再進(jìn)行400℃等溫不同時間的兩步熱處理,也獲得了6～9%的殘余奧氏體。對0.08C-2～3Mn-0.5Ni體系低合金鋼采用臨界熱處理進(jìn)行了殘余奧氏體調(diào)控及性能研究。研究表明,低C 3%Mn鋼進(jìn)行680℃臨界退火30 min可以獲得13%左右的殘余奧氏體,而低C 2%Mn鋼采用兩步臨界熱處理也能獲得8%穩(wěn)定的殘余奧氏體。通過對3%Mn和2%Mn鋼分別采用一步和兩步臨界熱處理,均能實現(xiàn)700 MPa級屈服強(qiáng)度,均勻延伸率大于10%,總延伸率大于25%和良好低溫沖擊韌性的優(yōu)異性能。對0.08C-2～3Mn-0.5Ni體系低合金鋼采用兩步臨界熱處理獲得的細(xì)殘余奧氏體進(jìn)行了細(xì)致表征。結(jié)果表明,在兩步臨界熱處理過程中殘余奧氏體獲得受益于以下三個方面：首先,第一步逆轉(zhuǎn)變獲得的亞穩(wěn)奧氏體由于合金元素的富集,從而使其在后續(xù)的冷卻過程中形成合金元素富集的馬氏體/貝氏體,這些富集了合金元素的馬氏體/貝氏體在第二步的臨界回火過程中由于其具有較低的Ac1溫度而優(yōu)先成為逆轉(zhuǎn)奧氏體的形核位置：其次,在第二步臨界回火過程中合金元素向再次逆轉(zhuǎn)的亞穩(wěn)奧氏體中高度富集(C達(dá)到0.4%以上,Mn達(dá)到6%以上,Ni大于0.6%),進(jìn)一步提高了奧氏體的穩(wěn)定性；第三,第二步臨界回火形成的二次逆轉(zhuǎn)奧氏體均勻彌散,大都呈薄膜狀,且尺寸極其細(xì)小(平均尺寸約300 nm),奧氏體的納米尺寸效應(yīng)是穩(wěn)定殘余奧氏體的重要原因。通過不同拉伸應(yīng)變量下的原位EBSD分析表明,低合金鋼中殘余奧氏體在不同應(yīng)變階段逐步發(fā)生TRIP效應(yīng),導(dǎo)致實驗鋼瞬時加工硬化指數(shù)持續(xù)上升形成三階段加工硬化行為,推遲頸縮的發(fā)生,是實現(xiàn)高均勻延伸率的重要原因。此外,低合金鋼中殘余奧氏體含量對韌性影響也很大,且隨著沖擊測試溫度的降低變得更加顯著。殘余奧氏體的存在有利于通過TRIP效應(yīng)提高低溫沖擊過程中的塑性變形能力,延遲起裂,提高起裂功,從而獲得優(yōu)異的低溫沖擊韌性。利用殘余奧氏體的增塑增韌機(jī)制,實現(xiàn)了500MPa級屈服強(qiáng)度,均勻延伸率大于20%,-100℃沖擊功達(dá)到60 J左右的高強(qiáng)-高塑-高韌低合金鋼。
[Abstract]:In order to meet the increasing engineering structure and equipment lightweight, high service and energy-saving emission reduction requirements, the development of high strength and high ductility, high toughness and good weldability of the third generation of low-alloy steel, this paper 0.23C-1.35Si-1.85Mn low cost low alloy steel and 0.08C-2 ~ 3Mn-0.5Ni system of low carbon low alloy steel the residual austenite regulation to the development of high performance steel, focuses on the stabilization mechanism of retained austenite in the process of regulation and its effect on the mechanical behavior of 0.23C-1.35Si-1.85Mn steel after intercritical. 760 C 300~500 C with critical annealing temperature step isothermal treatment, the critical ferrite, bainite and residual austenite multiphase structure. The results show that the content of residual austenite and bainite isothermal process. In the 300 phase variable C isothermal austenite, continuous decomposition of carbon free of From bainite, less residual austenite content obtained at 400 DEG C; isothermal, most isothermal decomposition of austenite into bainite, there is still about 8% of the austenitic incomplete decomposition of the bainite enough in supersaturated C to the austenite enrichment, and obtain stable residual austenite in 500; C the isothermal decomposition of austenite into, only a small amount of bainite, at this time there is not enough C from bainite to no decomposition of austenite enrichment, ultimately unable to obtain stable residual austenite after quenching. The steel to 300 DEG C short isothermal time, two step heat treatment and isothermal 400 degrees at different time. Won 6 to 9%. The residual austenite of 0.08C-2 ~ 3Mn-0.5Ni system of low alloy steel with critical heat treatment was studied and the performance of regulation of residual austenite. The results show that the low C 3%Mn steel was 680 DEG C critical annealing can obtain 30 min 13% left Right of residual austenite, and low C 2%Mn steel using two step critical heat treatment can also obtain 8% residual austenite stability. Based on the 3%Mn and 2%Mn steel respectively by one step and two step critical heat treatment, can achieve 700 MPa yield strength, uniform elongation is greater than 10%, the total extension rate of more than 25% excellent performance and good low temperature impact toughness. The 0.08C-2 - 3Mn-0.5Ni system of low alloy steel by two step heat treatment to obtain the critical fine austenite was investigated. The results show that the residual austenite is obtained in the two critical step in the process of heat treatment to benefit from the following three aspects: first, the first step is obtained due to the metastable austenite reverse transformation the enrichment of alloy elements, so that the formation of martensite alloy element concentration of bainite in the subsequent cooling process, the enrichment of the martensite / bainite alloy elements in the critical second step of tempering In the process because of its low temperature Ac1 and become a priority of reversed austenite nucleation sites. Secondly, in the second step the critical process of tempering alloy elements to the metastable austenite reverse again in high abundance (C reached more than 0.4%, Mn reached more than 6%, Ni greater than 0.6%), to further improve the stability of austenite third, second; the two step critical tempering formation of reversed austenite uniform, mostly is film shaped, and the size is extremely small (the average size is about 300 nm), nanometer size effect of austenite is an important reason for stable residual austenite. Through different tensile stress in situ EBSD variables analysis showed that residual austenite in low alloy steel in different strain stages gradually occur TRIP effect, the steel instantaneous hardening index continued to rise the formation hardening behavior of three phase processing, delayed necking occurs, is to achieve high uniform elongation The important reason. In addition, effects of the content of residual austenite in low alloy steel on toughness is also great, and with the decrease of impact test temperature becomes more significant. The existence of residual austenite is helpful to improve the ability of plastic deformation in the process of low temperature impact by TRIP effect, delayed initiation, initiation and improve work, so as to obtain the low temperature impact toughness excellent. The residual austenite plasticized toughening mechanism to achieve the level of 500MPa, yield strength, uniform elongation is greater than 20%, -100 degrees of impact energy is about 60 J with high strength, high plasticity and high toughness - low alloy steel.

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.33

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本文編號：1511726