【摘要】：低合金鋼因其優(yōu)異的力學性能以及良好的焊接性,被廣泛應用于建筑設施、輸油管線、橋梁、艦船制造等領域。近年來,隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展以及節(jié)能減排意識的不斷提高,對工程結構及裝備輕量化的要求越來越高,因此迫切地需要發(fā)展高性能的結構鋼。但在鋼鐵材料中,強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,提高強度才有意義。利用殘余奧氏體的相變誘導塑性能同時提高強度和塑性,是解決這一問題的關鍵。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)展高強度高塑性鋼的關鍵。本文創(chuàng)新性地提出了通過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程中的組織演變規(guī)律以及力學性能變化,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,獲得第三代高強度高塑性低合金原型鋼。實驗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)奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變而來,繼承了臨界等溫過程中奧氏體中富集的高合金含量。同時,由于合金元素在奧氏體中的富集,實驗鋼的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成的多相組織。鐵素體仍然呈細的板條狀,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程中形成,主要通過臨界退火過程中和臨界回火過程中,C、Mn、Ni和Cu等合金元素在逆轉(zhuǎn)奧氏體中的富集來提高奧氏體穩(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含量的降低對最終殘余奧氏體的含量無影響。在多步臨界熱處理過程中,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,以納米級的具有B2結構的Fe-Cu有序疇的形式存在,而在殘余奧氏體中則是以Cu原子團為核心多種元素共存的復合相存在。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,而且尺寸細小,對析出強化作用的貢獻較大。Cu在殘余奧氏體中的析出,提高了奧氏體的強度,增加了殘余奧氏體的穩(wěn)定性。第一步臨界退火溫度對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’溫度附近達到峰值。臨界退火后,先回火促進析出相的形成,再進行臨界回火,可以獲得更高的強度,這是因為多步臨界熱處理工藝下,前一步的基體強度決定了后一步的強度。通過多步臨界熱處理工藝將多相組織、殘余奧氏體的相變誘導塑性與納米析出相的強化作用結合在一起,獲得具有高強度高塑性的第三代低合金鋼原型鋼。原型鋼屈服強度高于700 MPa,均勻伸長率高于20%,斷后伸長率不低于30%。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1

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本文編號：2564542