【摘要】：隨著資源、能源和環(huán)境壓力的日益增大,高強(qiáng)度鋼的開發(fā)越來越受到世界各國的極大重視,并已發(fā)展成為應(yīng)用范圍很廣的一類鋼種。在鋼鐵材料的各種強(qiáng)化機(jī)制中,晶粒尺寸細(xì)化到2～3 μm時,進(jìn)一步細(xì)化晶粒尺寸難度很大,細(xì)晶強(qiáng)化效果很難繼續(xù)提高；置換固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度的效率比較低；位錯強(qiáng)化、相變強(qiáng)化盡管提高強(qiáng)度明顯,但對鋼材塑韌性損害較大；沉淀強(qiáng)化是除細(xì)晶強(qiáng)化以外對塑性損害最小的強(qiáng)化方式,也是高強(qiáng)鋼提高強(qiáng)度的重要研究方向,且一直并沒有被充分利用,并且,傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼中沉淀強(qiáng)化增量一般在200 MPa以下,因此,增大沉淀強(qiáng)化增量是提高鋼材綜合力學(xué)性能的最佳強(qiáng)化方式。合適的復(fù)合微合金化,一方面能夠提高析出相的體積分?jǐn)?shù),另一方面可以細(xì)化析出相的尺寸,因而是提高沉淀強(qiáng)化增量的最為簡單有效的方法。因此,采用合理的多元復(fù)合微合金化,結(jié)合優(yōu)化的熱機(jī)械控制工藝,研制具有大沉淀強(qiáng)化增量的熱軋高強(qiáng)度鋼具有重要的理論意義和工業(yè)應(yīng)用價值。本文采用Ti-V-Mo復(fù)合微合金化,結(jié)合優(yōu)化的熱機(jī)械控制工藝,通過控制奧氏體和鐵素體中MC相的合理析出,以期制備出具有大沉淀強(qiáng)化增量的熱軋高強(qiáng)度鋼。利用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、電子背散射技術(shù)(EBSD)和物理化學(xué)相分析(Physics-chemical phase analysis)等實(shí)驗(yàn)手段對Ti-V-MO鋼的組織進(jìn)行了表征,其主要的研究內(nèi)容和成果如下：建立了(M1,M2,M3)X型四元復(fù)合析出相在鐵基體中的熱力學(xué)模型,并在Ti-V-Mo復(fù)合微合金化鋼中得到成功應(yīng)用。對Ti鋼、V鋼、Ti-V鋼、Ti-Mo鋼和Ti-V-Mo鋼中MC相在鐵基體中的熱力學(xué)、動力學(xué)、低溫粗化動力學(xué)等進(jìn)行了計(jì)算與對比。結(jié)果表明：Ti-V-Mo復(fù)合微合金化在不增加全固溶溫度的前提下,減少了MC相在奧氏體中的潛在析出量、增大了MC相在鐵素體中的析出量,降低了MC在奧氏體中的最快析出溫度,低溫鐵素體中MC相具有很強(qiáng)的抗粗化能力,Ti.V-Mo復(fù)合微合金化是實(shí)現(xiàn)大沉淀強(qiáng)化增量的最佳微合金體系。計(jì)算得到了MoC與奧氏體和鐵素體之間的半共格比界面能隨溫度變化的關(guān)系式,為含Mo復(fù)合析出相的熱力學(xué)計(jì)算提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究了形變儲能對高Ti-V-Mo鋼中奧氏體中(Ti,V,Mo)C相析出動力學(xué)的影響及奧氏體相變誘導(dǎo)析出量對鐵素體中(Ti,V,Mo)C相析出動力學(xué)的影響。結(jié)果表明：增加奧氏體的形變儲能,促進(jìn)高溫下(Ti,V,Mo)C的析出,阻止奧氏體晶粒的長大；適當(dāng)增加奧氏體中MC相的形變誘導(dǎo)析出量,使得鐵素體中(Ti,V,Mo)C沉淀析出的最大形核率溫度降低,形核率增大,有利于獲得析出密度更大的納米級析出相,使沉淀強(qiáng)化增量趨于更大。估算接近實(shí)際生產(chǎn)條件下,(Ti,V,Mo)C在鐵素體中的最大形核率溫度在630～650℃,最快析出溫度在720-740℃,為獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和較大的沉淀強(qiáng)化增量提供了理論指導(dǎo)。探討了終軋溫度、冷卻速度、卷取溫度等工藝參數(shù)對Ti-V-Mo鋼組織及性能的影響規(guī)律,得到了在實(shí)驗(yàn)室條件下高Ti-V-Mo鋼獲得最佳力學(xué)性能的具體工藝參數(shù)。系統(tǒng)研究了不同階段(Ti,V,Mo)C粒子成分的變化規(guī)律。結(jié)果表明：終軋溫度在800～850℃,冷卻速度大于20℃/s,卷取溫度在600～625℃時,高Ti-V-Mo鋼的綜合力學(xué)性能最為優(yōu)異；在600℃和650℃較高溫度卷取時,析出相以含V為主,Ti含量低；在500℃和550℃卷取時,析出相以含Ti為主,V含量低。通過優(yōu)化的熱機(jī)械控制工藝,實(shí)驗(yàn)室研制出了抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為1134 MPa和1080 MPa,斷后延伸率和均勻延伸率分別為13.2%和6.8%的熱軋高強(qiáng)度薄板鋼,沉淀強(qiáng)化增量高達(dá)444～487 MPa,突破了傳統(tǒng)高強(qiáng)度鐵素體鋼的沉淀強(qiáng)化增量極限。對不同卷取溫度下高Ti-V-Mo復(fù)合微合金化熱軋高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化增量進(jìn)行了估算和分析,討論了卷取溫度對屈服強(qiáng)度和MC相粒子對均勻塑性的影響規(guī)律。
[Abstract]:With the increasing pressure of resources, energy and environment, the development of high strength steel has been paid more and more attention from all over the world, and has been developed into a kind of steel with a wide range of applications. In the various strengthening mechanisms of steel materials, the grain size is very difficult to refine the grain size and the strengthening effect of fine grain when the grain size is refined to 2~3 m. It is difficult to continue to improve, the efficiency of the replacement of solid solution strengthening to improve the strength is relatively low; dislocation strengthening and phase transformation intensification, although increasing the strength obviously, have great damage to the plastic toughness of steel, and precipitation strengthening is a strengthening method of minimum plastic damage except fine crystal strengthening, which is also an important research direction of high strength steel. It is fully utilized, and the precipitation strengthening increment in the traditional high strength steel is generally below 200 MPa. Therefore, increasing the precipitation enhancement increment is the best strengthening method to improve the mechanical properties of the steel. It is the most simple and effective method to improve the increment of precipitation enhancement. Therefore, it is of great theoretical significance and industrial application value to develop a hot rolling high strength steel with a large precipitation enhancement increment with reasonable multicomponent composite microalloying and optimized thermal mechanical control technology. The Ti-V-Mo composite microalloying is used in this paper, and the optimized heat is combined. The mechanical control process, by controlling the rational precipitation of MC phase in austenite and ferrite, is expected to produce hot rolled high strength steel with large precipitation enhancement. Using transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), electron backscattering (EBSD) and physical and chemical phase analysis (Physics-chemical phase analysis), and other experimental means of Ti-V-MO steel The main research contents and results are as follows: the thermodynamic model of the (M1, M2, M3) X type four element composite precipitates in the iron matrix was established, and it was successfully applied in the Ti-V-Mo composite microalloyed steel. The thermodynamics, kinetics and low temperature coarsening of MC phase in Ti steel, V steel, Ti-V steel, Ti-Mo steel and Ti-V-Mo steel were in the iron matrix. The results show that the Ti-V-Mo composite microalloying reduces the potential precipitation of the MC phase in austenite without increasing the total solid solution temperature, increases the precipitation of the MC phase in the ferrite and reduces the fastest precipitation temperature of the MC in the austenite, and the MC phase in the low-temperature ferrite has a strong resistance to coarse. The Ti.V-Mo composite microalloying is the best microalloying system for the enhancement of the precipitation enhancement. The relationship between the MoC and the austenite and ferrite interface between the austenite and the ferrite is calculated, and the basis for the thermodynamic calculation of the precipitated phase containing Mo is provided. The influence of the precipitation kinetics on the C phase in the body (Ti, V, Mo) and the precipitation kinetics induced by the austenite phase transition induced precipitation on the ferrite (Ti, V, Mo) C phase. The results show that the deformation of austenite can be increased by increasing the deformation energy storage of austenite, promoting the precipitation of the Ti, V, Mo), preventing the growth of the austenite grain, and increasing the precipitation in the austenite. The maximum nucleation rate and nucleation rate precipitated in the ferrite (Ti, V, Mo) C precipitated and the nucleation rate increased, which was beneficial to obtain the nanoscale precipitates with larger precipitation density, and the precipitation enhancement increment tended to be greater. The maximum nucleation temperature of (Ti, V, Mo) C in the ferrite was estimated at 630~650, and the fastest precipitation temperature was 720 under the actual production conditions. -740 C provides theoretical guidance for obtaining fine ferrite grain and larger precipitation enhancement increment. The influence of finishing rolling temperature, cooling rate and coiling temperature on the microstructure and properties of Ti-V-Mo steel is discussed. The specific process parameters of the best mechanical properties of the high Ti-V-Mo steel under the laboratory conditions are obtained. The variation of the composition of C particles at different stages (Ti, V, Mo) was investigated. The results showed that the final rolling temperature was 800~850 C, the cooling rate was higher than 20 C, and the overall mechanical properties of high Ti-V-Mo steel were the best when the coiling temperature was 600~625 degrees C. The precipitation phase was mainly V and Ti content was low at 600 and 650 C, at 500 and 550. When coiling, the precipitated phase is mainly Ti, and the content of V is low. Through the optimized thermal mechanical control technology, the tensile strength and yield strength are 1134 MPa and 1080 MPa respectively. The post fracture elongation rate and the uniform elongation rate are 13.2% and 6.8% respectively, and the precipitation enhancement increment is up to 444~487 MPa, which breaks through the tradition. The increment limit of precipitation intensification for high strength ferrite steel is calculated and the strengthening increment of high Ti-V-Mo composite microalloyed hot rolled high strength steel at different coiling temperatures is estimated and analyzed. The influence of coiling temperature on yield strength and MC phase particles on uniform plasticity is discussed.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1

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