高强度低合金钢织构形成及其对力学性能的影响

摘要

高强度低合金钢指的是在冶炼过程中，合金元素添加量低于5％的钢材。由于其具有优良的强度、低温韧性、可焊性等特点，被广泛应用于船舶、管道、汽车、发电厂等领域。高强度低合金钢经轧制处理后会产生形变织构，织构对钢材的低温韧性及拉伸性能会造成重大影响，然而目前织构与力学性能的关系研究尚未深入，因此研究织构问题是十分必要的。 为了探究板厚不同位置横、纵向力学性能的变化规律，本实验选用YP47级85mm厚、代号为“Z30”、“Z28”的止裂钢厚板，针对其表层、距表面1/4处、距表面1/2处进行相关研究。表征分析后发现:显微组织主要由铁素体晶粒组成，随着厚度增加，铁素体晶粒尺寸不断变大，拉伸性能不断降低。钢板表面处主要有{001}<110>、{114}<110>、{112}<110>织构;1/4处的织构为{110}<001>;心部主要的织构组分为{001}<110>、{114}<110>、{112}<110>、{332}<113>，其心部织构强度强于表面处;钢板表面处轧向、横向屈服强度差异较大，这是由于{114}<110>织构导致了拉伸性能的各向异性，心部屈服强度差异性明显减弱，这与{332}<113>织构有关;钢板表面处低温冲击韧性较差，这是由于{001}<110>织构易造成材料产生解理断裂导致的，1/4处的冲击韧性较高，是由于{110}面织构有利于阻碍裂纹扩展。 为了研究轧制方向对织构及力学性的影响，以“Z30”为原材料，在600℃、800℃、880℃、960℃下进行单向轧制和交叉轧制，分析后发现:从低温至高温，显微组织由准多边形铁素体转变为板条贝氏体组织;热轧组织中主要织构类型是{001}<110>、{223}<110>、{111}<110>、{111}<112>。随着热轧温度升高织构强度呈下降趋势，这是由于从高温冷却时铁素体再结晶削弱了织构的强度;从800℃热轧开始，单向轧制的拉伸强度明显高于交叉轧制;600℃-880℃热轧，交叉轧制的冲击韧性明显低于单向轧制，这与{001}<110>织构、γ纤维织构有关。 通过控制显微组织近似，来探究轧制工艺对织构及力学性能的影响。在850℃初轧+600℃终轧+600℃退火18h的工艺下，随终轧变形量的增加，拉伸强度亦不断增加;其中总变形量分别为50％、60％钢板，主要存在{001}<110>、{111}<110>、{111}<112>、{110}<001>、{223}面织构，织构强度基本相同，{001}<110>织构由再结晶的奥氏体织构{001}<001>转变而来;{111}<112>织构由变形奥氏体织构{110}<112>转变形成。冷轧、1000℃初轧+650℃终轧、1000℃初轧+850℃终轧，三种工艺在750℃再结晶退火3h后，发现其力学性能与显微组织的关系完全对应。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2高强度低合金钢国内外研究现状

1．2．1高强度低合金钢国外研究现状

1．2．2高强度低合金钢国内研究现状

1．3织构概述

1．3．1织构的形成

1．3．2影响热轧织构的几种主要因素

1．3．3热轧织构对钢板性能的影响

1．4织构分析技术

1．4．1极图和反极图的定义及分析

1．4．2空间取向分布函数的定义及分析

1．4．3取向空间特殊取向线分析

1．5高强度低合金钢织构演变规律概述

1．5．1高强度低合金钢热变形织构

1．5．2高强度低合金钢冷变形织构

1．5．3高强度低合金钢再结晶织构

1．6论文主要研究内容

第2章试验材料与方法

2．1论文研究路线

2．2成分测试

2．3试样制备与检测

2．3．1轧制及热处理工艺

2．3．2显微组织分析

2．3．3硬度试验

2．3．4拉伸试验

2．3．5冲击试验

2．3．6扫描电子显微镜观察及能谱测试分析

2．3．7物相及织构分析

第3章织构对止裂钢板不同厚度位置力学性能的影响

3．1引言

3．2止裂钢厚板物相分析

3．3止裂钢板不同厚度位置显微组织分析

3．3．1金相显微组织分析

3．3．2扫描显微组织分析

3．3．3 M／A岛组织分析

3．4止裂钢厚板不同厚度位置基本力学性能测试分析

3．4．1显微硬度分析

3．4．2拉伸性能分析

3．4．3低温冲击性能分析

3．4．4冲击试样断口形貌分析

3．5止裂钢厚板不同厚度位置织构分析

3．5．1取向密度函数分析

3．5．2极图分析

3．5．3反极图分析

3．5．4特殊取向线密度分析

3．5．5织构小结

3．6本章小结

第4章热轧温度及方向对高强度低合金钢织构及力学性能的影响

4．1热轧参数的选定

4．2单向轧制对止裂钢显微结构和力学性能的影响

4．2．1单向轧制物相分析

4．2．2单向轧制对显微结构的影响

4．2．3单向轧制对力学性能的影响

4．2．4单向轧制对织构的影响

4．3交叉轧制对止裂钢显微结构和力学性能的影响

4．3．1交叉轧制对显微结构的影响

4．3．2交叉轧制对力学性能的影响

4．3．3交叉轧制对织构的影响

4．3．4位错密度计算

4．4轧制工艺对织构的影响小结

4．5本章小结

第5章轧制退火对高强度低合金钢织构及力学性能的影响

5．1研究参数的选定

5．2热轧退火对止裂钢显微组织及力学性能的影响

5．2．1热轧退火对显微结构的影响

5．2．2热轧退火对力学性能的影响

5．2．3热轧退火对织构的影响

5．3再结晶退火对止裂钢显微组织及力学性能的影响

5．3．1再结晶退火对显微结构的影响

5．3．2再结晶退火对力学性能的影响

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢