【摘要】：隨著航空航天、國防、能源等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和重大高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Τ邚?qiáng)度鋼需求的不斷提高,兼具高韌性、優(yōu)異的焊接性能和抗高速?zèng)_擊能力于一體的超高強(qiáng)度鋼成為鋼鐵發(fā)展方向。本文以此為目標(biāo),開發(fā)了新型2200MPa級高強(qiáng)韌低合金鋼,取得重要研究成果如下:1.成功設(shè)計(jì)并制備出30Cr2NiSi2Mn2Mo新型低合金超高強(qiáng)度鋼,抗拉強(qiáng)度高達(dá)2200MPa,延伸率8.4%,斷面收縮率34%,-40℃沖擊功13J,實(shí)現(xiàn)了超高強(qiáng)度與韌性的優(yōu)異結(jié)合與跨越提升。成本與2000MPa級低合金鋼相當(dāng),低于2000MPa級馬氏體時(shí)效鋼和二次硬化鋼。2.系統(tǒng)研究了奧氏體化溫度和回火溫度對新型低合金超高強(qiáng)度鋼30CrNiSi2Mn2Mo組織與力學(xué)性能的影響。奧氏體化溫度升高,30CrNiSi2Mn2Mo鋼的強(qiáng)度和硬度先升高后降低,低溫沖擊韌性持續(xù)增加;回火溫度升高,強(qiáng)度和硬度下降,低溫沖擊韌性在300℃～400℃C回火溫度區(qū)間驟然下降,出現(xiàn)馬氏體回火脆性。最佳熱處理工藝為920℃ X lh+油淬+200℃ ×2h+空冷。3.研制的新型低合金超高強(qiáng)度鋼30Cr2NiSi2Mn2Mo具有優(yōu)異的焊接性能。熱處理后焊縫強(qiáng)度高達(dá)2100MPa。4.研制的新型低合金超高強(qiáng)度鋼30Cr2NiSi2Mn2Mo具有優(yōu)異的抗高速?zèng)_擊防護(hù)性能,優(yōu)于代表國際領(lǐng)先水平的法國高硬度裝甲鋼MARS 240。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.33
【圖文】：

助推器、高壓容器、防彈鋼板以及高壓容器等領(lǐng)域Ｗ。逡逑超高強(qiáng)度鋼按合金含量分為低合金超高強(qiáng)度鋼、中合金超高強(qiáng)度鋼和高合金超高逡逑強(qiáng)度鋼（馬氏體時(shí)效鋼和沉淀硬化不銹鋼等［３＿６］）三類，如圖１．２所示。但隨著社會(huì)的發(fā)逡逑展，新型先進(jìn)超高強(qiáng)度鋼也應(yīng)運(yùn)而生，為超高強(qiáng)度鋼的發(fā)展提供了方向。逡逑邐邋ｏ邋Ｎａｎｏｂａｉｎｉｔｅ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑４０邐＾＇邐ｏ邋Ｍａｒａｇｉｎｇ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑３５邋—邐ｉｆｌｔｏ＇．、逡逑ｏ邋Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＾邋３０邋—邐？邐0邋ＴＲＩＰ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＾邐＃邐ｘ邐0邋Ｑ＆Ｐ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑■２邋２５邋—邐＃邐＃邋0邋０邋．邐ｏ邋Ｎａｎｏｔｗｉｎｎｅｄ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑｜２0＿邋０邐ｉ邋＼邋ｎｅｅｄｔｏｂｅｄｅｓ．ｇｎｅｄ邋0邋Ｍａｒａｇｉｎｇ－ＴＲＩＰ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＼邐＾0邋Ｈｉｙ．邋Ｓｐｅｃｉｆ邋ｃ邋Ｓｔｃ邋■邋ｙｒｉ邋ＳｔＧｃ邋ｌ逡逑Ｅ邋１５邋－邐00邐？邋Ｈｉｇｈ邋Ｅｎｔｒｏｐｙ邋Ａｌｌｏｙ逡逑Ｓ邐．邋°邋ｆ邋Ｐ邋0邋＼邐Ａ邐？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｌａｍｅｌｌａ邋Ｔｉ逡逑５＿邐－＾ｓｔｅｎ逡逑０邋Ｈ邋｜邋ｉ邐｜—＂邋ｉ邋｜邋ｉ邋｜邋ｉ邋｜邐？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｍｏ邋Ａｌｌｏｙ逡逑５００邐１０００邐１５００邐２０００邐２５００邐？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｃｏ邋Ａｌｌｏｙ逡逑Ｙｉｅｌｄ邋Ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋（ＭＰａ）逡逑圖１．２鋼的分類ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔｅｅｌｓ邋［７］逡逑１．２．１低、中合金超高強(qiáng)度鋼逡逑低合金超高強(qiáng)度鋼的合金元素總量不超過５％

２２００ＭＰａ級低合金鋼設(shè)計(jì)制備與性能研宄逡逑料截然相反。材料分層或者開裂會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的各向異性，晶粒和第二相沿著乳制方向逡逑調(diào)整，在具有超細(xì)、長鐵素體晶粒（圖１．３所示）的ｂＣＣ超高強(qiáng)度鋼中發(fā)現(xiàn)梞性與溫度呈逡逑反比例現(xiàn)象。在納米碳化物增強(qiáng)的超細(xì)長鐵素體晶粒中，沿彳１００丨解理面分裂造成分逡逑層現(xiàn)象阻礙裂紋分支的形成，從而實(shí)現(xiàn)韌性的改善。當(dāng)溫度處于６０°Ｃ￣－６（ＴＣ，鋼的屈逡逑服強(qiáng)度增大，韌性提高。該低合金超高強(qiáng)度鋼在－２００°Ｃ的屈服強(qiáng)度仍高達(dá)２２００ＭＰａ，逡逑延伸率＞１０％，斷面收縮率＞３５％。因此，組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)新型超高強(qiáng)度鋼的逡逑新方法。逡逑ｍ邋，Ａ逡逑氣邋１逡逑＊邐ＡＪ逡逑＿邋ＷＲＤ邐，邐＂邋ｌＯＯｎｒｎ邋00Ｔ邋．榞巧邋１逡逑圖１．３低合金鋼５０（ＴＣ回火后超細(xì)場的鐵素體晶粒及第二相．（ａ）ＥＢＳＤ質(zhì)量圖；（ｂ）納米尺度碳化物逡逑在基體中析出的ＴＥＭ圖；（ｃ）沿軋制方向的反極圖［３８］逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ邋ｅｌｏｎｇａｔｅｄ邋ｆｅｒｒｉｔｅ邋ｇｒａｉｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ邋ｉｎ邋ｌｏｗ邋ａｌｌｏｙ邋ｓｔｅｅｌ邋ｔｅｍｐｅｒｅｄ邋ａｔ邋５００°Ｃ．邋（ａ）逡逑Ｉｍａｇｅ－ｑｕａｌｉｔｙ邋ｍａｐ邋ｔｈａｔ邋ｗａｓ邋ｔａｋｅｎ邋ｂｙ邋ＥＢＳＤ；邋（ｂ）邋ＴＥＭ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｉｚｅｄ逡逑ｃａｒｂｉｄｅｓ邋ｗｉｔｈｉｎ邋ｔｈｅ邋ｅｌｏｎｇａｔｅｄ邋ｇｒａｉｎ邋ｍａｔｒｉｘ；邋（ｃ）邋Ｉｎｖｅｒｓｅｐｏｌｅ邋ｆｉｇｕｒｅ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ逡逑２00９年

非常低的晶格錯(cuò)配度以及高的異相界面能量。在強(qiáng)度增加的同時(shí)，并沒有犧牲塑性。逡逑低錯(cuò)配度（０．０３±０．０４％）降低了析出相的形核障礙，使得具有高密度（１０２４ｍ，及小尺寸逡逑（２．７±０．２ｎｍ）的納米相（圖１．６）更加穩(wěn)定。而環(huán)繞在析出相周圍的最小彈性錯(cuò)配應(yīng)變并逡逑沒有對位錯(cuò)的交互作用產(chǎn)生過多的影響，但是卻可以顯著的增加強(qiáng)度。逡逑ｍｍ逡逑ｂ邐ｄ邐＿逡逑圖１．６邋Ｂ２相析出物高分辨的ＨＡＡＤＦ邋ＳＴＥＭ圖像和ＡＰＴ三維重構(gòu)數(shù)據(jù)．（ａ）＜００］＞方向的有序逡逑Ｂ２相以及快速傅里葉變換圖像；（ｂ）周期原子序列；（（：）＜１丨０＞方向的原子圖像及快速傅里葉變換圖逡逑像；（ｄ）快速傅里葉變換圖像的薄片［４１］逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ＨＡＡＤＦ邋ＳＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｎ邋ＡＰＴ邋ｄａｔａｓｅｔ逡逑ｃｏｎｆｉｎｎｉｎｇ邋ｔｈｅ邋Ｂ２邋ｎａｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｆｕｌｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，邋（ａ）邋ＳＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ逡逑（００１）邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋ｒｅｖｅａｌｉｎｇ邋Ｂ２邋ｏｒｄｅｒｉｎｇ，邋ａｌｏｎｇ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｉｎｓｅｔ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ＦＦＴ邋（ｆａｓｔ邋Ｆｏｕｒｉｅｒ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）逡逑ｐａｔｔｅｒｎｓ；邋（ｂ）邋Ｃｌｏｓｅ－ｕｐ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ａ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｐｅｒｉｏｄｉｃ邋ａｔｏｍｉｃ邋ｃｏｌｕｍｎｓ；邋（ｃ）邋Ａｔｏｍｉｃ邋ｉｍａｇｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ逡逑（１１０）

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本文編號：2756043