【摘要】：耐大氣腐蝕鋼屬于低合金高強(qiáng)度鋼,是在普碳鋼中添加了Cu、P、Cr、Ni等耐候性合金元素后,在其表面形成一層致密的氧化物保護(hù)層,減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展,已被廣泛的應(yīng)用于機(jī)車車輛、橋梁、房屋等各種金屬結(jié)構(gòu)件中。當(dāng)前鐵路貨車用鋼供貨量最大的450MPa級(jí)高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼一般采用Cu-Cr-Ni-Nb體系合金化方案,而含釩氮的高強(qiáng)度耐候鋼研究較少。本文研究充分利用攀枝花釩鈦資源特點(diǎn),高強(qiáng)度耐候鋼成分方案設(shè)計(jì)為C u-Cr-Ni-V-Ti-N體系,N添加量0.01～0.02%。實(shí)驗(yàn)室開展了釩、氮復(fù)合添加后對(duì)V析出行為、組織和性能等影響研究。在建立實(shí)驗(yàn)室高氮鋼小尺寸試樣化學(xué)氮定量分析方法基礎(chǔ)上,通過熱模擬試驗(yàn)、析出相定量分析、顯微組織觀察及性能測試等實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)不同釩、氮含量的450MPa級(jí)高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼釩析出行為進(jìn)行了探討。同時(shí)開展了形變工藝對(duì)奧氏體-鐵素體等溫轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律、試驗(yàn)工藝對(duì)鋼的組織性能及V析出形為的影響等研究,并運(yùn)用熱力學(xué)計(jì)算方法對(duì)V在奧氏體、鐵素體中的析出規(guī)律及機(jī)理進(jìn)行了分析。通過研究,建立了高氮鋼小尺寸試樣實(shí)驗(yàn)室“低合金鋼化合氮的測定-電解提取、蒸餾分離-靛酚藍(lán)光度法”分析方法,克服了原分析方法測試化合氮精確度低的不足,通過不同分析方法精度對(duì)比,新的測定方法能精確定量分析含氮高強(qiáng)耐候鋼中的氮含量。研究表明加入大于0.01%N后,V(C,N)才有可能在奧氏體中析出。試驗(yàn)鋼中V(C,N)沉淀析出的PTT曲線是典型的C曲線形狀,其鼻子點(diǎn)溫度為V析出過程所需時(shí)間最短的析出溫度,高強(qiáng)耐候鋼對(duì)應(yīng)的溫度為870℃左右,增加氮有利于促進(jìn)V(C,N)析出。變形加快了V(C,N)顆粒在奧氏體中的析出,促使PTT曲線向左移動(dòng)。相對(duì)于氮含量變化對(duì)PTT曲線的影響,預(yù)應(yīng)變量對(duì)PTT曲線的影響相對(duì)較小。熱力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)V(C,N)在奧氏體中形核沉淀析出存在一最大形核率溫度,均勻形核最大形核率溫度約為840℃,而V(C,N)在位錯(cuò)線上形核和均勻形核時(shí)的PTT曲線的鼻尖溫度為800℃左右。PTT試驗(yàn)結(jié)果表明Nb、V復(fù)合添加后可明顯提高最大形核率溫度及鼻尖溫度。V(C,N)在鐵素體中析出可明顯提高鋼的強(qiáng)度,試驗(yàn)鋼V(C,N)在鐵素體中析出的PTT曲線為單調(diào)曲線,不存在鼻子點(diǎn)。珠光體轉(zhuǎn)變后,V(C,N)在鐵素體中均勻形核和位錯(cuò)線上形核率均較其在奧氏體中相應(yīng)的形核方式的形核率增大約2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。V(C,N)在鐵素體中沉淀析出產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化是釩在高強(qiáng)度耐候鋼中的最主要作用。Cu-Cr-Ni-V-Ti-N體系高強(qiáng)度耐候鋼中的V具有促進(jìn)鐵素體相變的作用,增加V含量后,鋼中的鐵素體組織比例增加：增加N含量后鐵素體組織明顯細(xì)化,但對(duì)珠光體相變的影響較小。含釩氮高強(qiáng)耐候鋼的銹層組成物主要為α-FeOOH和γ-FeOOH,添加釩／鈮元素后由于提高了加速腐蝕后的Ecorr值,進(jìn)一步提高了高強(qiáng)耐候鋼銹層的保護(hù)作用。高強(qiáng)耐候鋼的腐蝕開始于夾雜處,而V/Nb元素在腐蝕嚴(yán)重區(qū)域分布均勻且無富集,微合金元素V/Nb對(duì)高強(qiáng)耐候鋼的耐腐蝕性能有積極作用。通過試驗(yàn)研究,確定了450MPa級(jí)高強(qiáng)度耐候鋼關(guān)鍵控制參數(shù),考慮晶粒細(xì)化和沉淀強(qiáng)化的綜合作用,Cu-Cr-Ni-V-Nb-Ti-N體系高耐候鋼最佳卷取溫度為650℃。空冷工藝Cu-Cr-Ni-V-Ti-N體系高耐候鋼適宜的終軋溫度為870-890℃�？紤]到N對(duì)沖擊值及時(shí)效指數(shù)的影響,釩氮微合金化高強(qiáng)耐候鋼中的V/N比值控制略高于V與N理想化學(xué)配位數(shù)(3.64),試驗(yàn)鋼的綜合性能最佳。本研究充分利用釩鈦資源特點(diǎn),設(shè)計(jì)了低成本、Cu-Cr-Ni-V-Nb-Ti-N體系新型高強(qiáng)度耐候鋼生產(chǎn)方案,其生產(chǎn)成本低于國內(nèi)外常規(guī)生產(chǎn)工藝Q450NQR1鋼。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn),結(jié)果表明,試驗(yàn)鋼的顯微組織為細(xì)小、均勻的“多邊形鐵素體+少量珠光體”,鐵素體晶粒度為11.5級(jí)(晶粒尺寸6.7μm);厚度10mm的鋼卷屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率的平均值分別達(dá)到508.3MPa、602.1MPa、28.8%。厚度≥10mm的鋼卷屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率的平均值分別達(dá)到480.1MPa、602.9MPa、26.8%。試驗(yàn)鋼的焊接性和耐腐蝕性能優(yōu)良,-40℃低溫沖擊平均值為128.3J,-70℃低溫沖擊平均值為75.6J,完全滿足鐵路車輛用鋼的使用要求。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用11萬余噸,新合金化體系的Q450NQR1高強(qiáng)耐候鋼推廣應(yīng)用效果較好。試驗(yàn)研究為攀鋼后期的含釩高強(qiáng)度耐候鋼系列產(chǎn)品開發(fā)提供了必要的技術(shù)支持。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG142.1

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本文編號(hào)：2430763