【摘要】：低合金鋼因其優(yōu)異的力學(xué)性能以及良好的焊接性,被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)施、輸油管線、橋梁、艦船制造等領(lǐng)域。近年來(lái),隨著我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展以及節(jié)能減排意識(shí)的不斷提高,對(duì)工程結(jié)構(gòu)及裝備輕量化的要求越來(lái)越高,因此迫切地需要發(fā)展高性能的結(jié)構(gòu)鋼。但在鋼鐵材料中,強(qiáng)度的提高往往伴隨著塑性的降低,只有在保證塑性良好的前提下,提高強(qiáng)度才有意義。利用殘余奧氏體的相變誘導(dǎo)塑性能同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性,是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。因此,如何在低碳低合金體系下獲得足量的穩(wěn)定的殘余奧氏體是發(fā)展高強(qiáng)度高塑性鋼的關(guān)鍵。本文創(chuàng)新性地提出了通過(guò)多步亞臨界熱處理的新工藝在低碳低合金體系下獲得穩(wěn)定殘余奧氏體的方法,并通過(guò)彩色金相、SEM、TEM、高分辨相等手段系統(tǒng)地研究了低合金鋼在多步亞臨界處理過(guò)程中的組織演變規(guī)律以及力學(xué)性能變化,并以此形成一套完整的多相組織以及殘余奧氏體的調(diào)控路線,獲得第三代高強(qiáng)度高塑性低合金原型鋼。實(shí)驗(yàn)用低合金鋼在第一步臨界退火處理后,其組織由鐵素體與貝氏體/馬氏體構(gòu)成。鐵素體呈板條狀與貝氏體/馬氏體板條相間排列。貝氏體/馬氏體由逆轉(zhuǎn)奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變而來(lái),繼承了臨界等溫過(guò)程中奧氏體中富集的高合金含量。同時(shí),由于合金元素在奧氏體中的富集,實(shí)驗(yàn)鋼的Acl溫度降低了20℃。經(jīng)第二步臨界回火后,獲得由臨界鐵素體、殘余奧氏體以及回火貝氏體或馬氏體構(gòu)成的多相組織。鐵素體仍然呈細(xì)的板條狀,殘余奧氏體以粒狀或板條狀分布在鐵素體/貝氏體或馬氏體相界或板條之間,尺寸細(xì)小,分布彌散。第三步回火后,組織類型變化不大。殘余奧氏體主要在第二步臨界退火過(guò)程中形成,主要通過(guò)臨界退火過(guò)程中和臨界回火過(guò)程中,C、Mn、Ni和Cu等合金元素在逆轉(zhuǎn)奧氏體中的富集來(lái)提高奧氏體穩(wěn)定性,其中第一步臨界退火后,C、Mn和Ni在逆轉(zhuǎn)奧氏體中富集,但不足以將其穩(wěn)定至室溫,第二步臨界回火過(guò)程中,Mn、Ni和Cu繼續(xù)在逆轉(zhuǎn)奧氏體中富集,獲得穩(wěn)定的殘余奧氏體。第三步回火過(guò)程中,殘余奧氏體保持穩(wěn)定。C含量的增加保證了殘余奧氏體在第二步較高的臨界回火溫度下仍能保持穩(wěn)定,Cu和Ni含量的減少使得最終殘余奧氏體的含量大大降低,而Nb含量的降低對(duì)最終殘余奧氏體的含量無(wú)影響。在多步臨界熱處理過(guò)程中,Nb的析出相主要在軋后、臨界退火和臨界回火階段以NbC和(Nb,Mo)C的形式析出,析出物尺寸的大小隨著熱處理溫度的降低而減小。Nb的析出相呈橢球狀或不規(guī)則形狀,尺寸主要分布在2-10nm之間,彌散分布在鐵素體基體之中。Cu析出主要在第二步臨界回火以及第三步回火過(guò)程中在鐵素體及殘余奧氏體中析出,呈球狀,尺寸在10-30 nm之間。Cu析出相在鐵素體基體中的分布并不均勻,以納米級(jí)的具有B2結(jié)構(gòu)的Fe-Cu有序疇的形式存在,而在殘余奧氏體中則是以Cu原子團(tuán)為核心多種元素共存的復(fù)合相存在。這是由于多次的逆轉(zhuǎn)變使得部分鐵素體含Cu量高,在回火過(guò)程中析出密度大。鐵素體中這種Cu析出相的存在增加了析出相的密度,而且尺寸細(xì)小,對(duì)析出強(qiáng)化作用的貢獻(xiàn)較大。Cu在殘余奧氏體中的析出,提高了奧氏體的強(qiáng)度,增加了殘余奧氏體的穩(wěn)定性。第一步臨界退火溫度對(duì)殘余奧氏體的影響不大,隨著退火溫度的升高,殘余奧氏體的含量始終保持在20%以上；殘余奧氏體的含量主要由第二步的臨界回火溫度決定,隨著溫度的升高,殘余奧氏體的含量先升高后降低,在稍高于AcI’溫度附近達(dá)到峰值。臨界退火后,先回火促進(jìn)析出相的形成,再進(jìn)行臨界回火,可以獲得更高的強(qiáng)度,這是因?yàn)槎嗖脚R界熱處理工藝下,前一步的基體強(qiáng)度決定了后一步的強(qiáng)度。通過(guò)多步臨界熱處理工藝將多相組織、殘余奧氏體的相變誘導(dǎo)塑性與納米析出相的強(qiáng)化作用結(jié)合在一起,獲得具有高強(qiáng)度高塑性的第三代低合金鋼原型鋼。原型鋼屈服強(qiáng)度高于700 MPa,均勻伸長(zhǎng)率高于20%,斷后伸長(zhǎng)率不低于30%。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(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)：2564542