低成本MN-NB-B低碳貝氏體鋼工藝及組織性能研究.pdf

1、現(xiàn)代低碳貝氏體鋼是近年來發(fā)展起來的一類具有高強度和高韌性以及優(yōu)良焊接性能的新鋼種。此類鋼通過控制軋制及控制冷卻以及Cu、Nb、Ti、Mo、B等微合金元素的固溶強化及析出強化來提高強度。已經(jīng)在石油天然氣管線、工程機械、海洋設施、橋梁、造船等領域得到了廣泛的應用。低碳貝氏體鋼在成分設計上大多采用Cu、 Nb、Ti、Mo、Ni、Cr、B等幾種或多種微合金元素的復合添加，而增加了合金種類，提高了生產(chǎn)成本。本文以低成本少合金種類的Mn-Nb-B低

2、碳貝氏體鋼為研究對象，分析Mn-Nb-B低碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為和高溫變形行為。并對Mn-Nb-B低碳鋼進行了熱軋實驗，研究了不同控軋控冷工藝對應的組織和力學性能，充分發(fā)掘其性能潛力。并結合一種低成本800MPa高強實驗鋼，就其熱處理工藝以及在線直接淬火工藝對組織和力學性能的影響規(guī)律進行了研究。論文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)對不同B含量的Mn-Nb-B低碳貝氏體鋼，進行連續(xù)冷實驗，研究Mn-Nb-B低碳貝氏體鋼相變溫度、

3、相變區(qū)間以及組織特征。研究結果表明，低碳Mn-Nb-B鋼的相變產(chǎn)物依次為鐵素體、珠光體、粒狀貝氏體和板條貝氏體。隨著B含量的增加，Mn-Nb-B實驗鋼的開始轉(zhuǎn)變溫度逐漸降低，B含量在16ppm以下時，B含量的增加能夠明顯降低中溫轉(zhuǎn)變開始轉(zhuǎn)變溫度，而含量在16ppm以上時，B含量的增加對開始轉(zhuǎn)變溫度的降低效果減弱。
　　(2)研究了Mn-Nb和Mn-Nb-B低碳貝氏體鋼的高溫變形行為，分析B對Mn-Nb鋼奧氏體再結晶的影響。引入Ze

4、ner-Hollomon參數(shù)來確定變形溫度及應變速率對動態(tài)再結晶的影響，兩種鋼的動態(tài)再結晶激活能分別為341kJ/mol和362kJ/mol，靜態(tài)再結晶激活能分別為294.3kJ/mol和301.7kJ/mol。B提高了動態(tài)再結晶的激活能。此外，B能夠明顯降低Mn-Nb低碳鋼軟化率，推遲其靜態(tài)再結晶。
　　(3)對Mn-Nb-B和Mn-Cr-Nb-B低碳貝氏體鋼在不同變形溫度和冷卻工藝條件下的組織進行了研究。結果表明，隨著終冷溫度

5、的降低，實驗鋼組織依次發(fā)生準多邊形鐵素體、粒狀貝氏體、板條貝氏體組織的過渡。冷卻速度的增大，能夠促進更低溫度轉(zhuǎn)變組織的形成，細化相變后的組織。隨著終冷溫度的降低和冷卻速度的提高，M/A島體積分數(shù)逐漸降低、體積減小，形態(tài)由不規(guī)則的大塊狀向長條狀和粒狀過渡。Cr的添加明顯提高了低碳Mn-Nb-B鋼的淬透性，在相同的工藝下更容易得到板條貝氏體組織。
　　(4)研究分析了Mn-Nb-B低碳貝氏體鋼在不同軋制工藝參數(shù)下的組織和力學性能變化規(guī)

6、律。結果表明，終軋溫度在860～790℃之間，冷卻速度15℃/s左右，終冷溫度在590～440℃，組織以粒狀貝氏體為主，強度能夠達到600MPa級別;終軋溫度在810℃，冷卻速度25℃/s左右，終冷溫度在550～450℃之間，組織為細的粒狀貝氏體、針狀鐵素體和一定量的板條貝氏體復合組織，強度能夠滿足700MPa級別要求。
　　(5)對Mn-Nb-B低碳貝氏體鋼不同組織分析結果表明，其組織以粒狀貝氏體為主，提高冷卻速度可以減小粒狀貝

7、氏體基體組織的有效晶粒尺寸和M/A島尺寸，提高低溫沖擊韌性;針狀鐵素體組織板條之間具有大角度晶界，較高的取向差，能夠有效阻止裂紋的擴展，提高低溫沖擊韌性;板條貝氏體中，板條之間為小角度晶界，因此板條組織降低韌性。對低碳Mn-Nb-B貝氏體鋼，粒狀貝氏體、針狀鐵素體和板條貝氏體的復合組織能夠在提高強度的同時，保證其沖擊韌性。
　　(6)對800MPa高強鋼的離線調(diào)質(zhì)工藝進行了研究。得出實驗鋼最佳的調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)為:930℃淬火、530

8、℃回火。最終組織為回火貝氏體和回火馬氏體。
　　(7)對調(diào)整成分后的800MPa高強鋼進行不同淬火工藝試驗的結果表明，未再結晶控軋直接淬火工藝和再結晶軋制直接淬火工藝實驗鋼比再加熱淬火工藝具有更高的強度。再結晶軋制直接淬火工藝實驗鋼-20℃沖擊功比再加熱淬火工藝實驗鋼有較大幅度的降低，而未再結晶軋制直接淬火工藝實驗鋼-20℃沖擊功較再加熱淬火工藝僅有少量降低。未再結晶控軋直接淬火工藝能夠使高強鋼獲得良好的強韌性匹配，可以采用其代替

9、再加熱淬火工藝生產(chǎn)800MPa級別的高強鋼。
　　(8)研究和分析了直接淬火溫度和淬火終止溫度對800MPa高強鋼組織和力學性能的影響。結果表明，實驗鋼軋后在840～890℃溫度區(qū)間直接淬火，抗拉強度在900MPa左右，屈服強度863～875MPa之間，-20℃沖擊功在174～199J之間，斷后延伸率在18.3～19％之間，綜合力學性能非常穩(wěn)定，均具有良好的強韌性匹配。淬火終止溫度在450℃至室溫之間，實驗鋼強度隨著淬火終止溫度的