合金元素与热处理对高强度止裂钢组织与性能的影响研究

摘要

止裂钢是在碳素钢的基础上发展而来的一类高强度低合金钢（High Strength Low Alloy），该钢具有良好的止裂性、强塑性和低温韧性，可以有效地阻止裂纹的萌生和扩展，可以满足大型集装箱对宽厚板的要求。该类钢的性能严重依赖于合金元素和热处理工艺，因此本文将重点研究这两个因素对其显微组织和力学性能的影响。本论文自行设计了两个成分的高强度止裂厚板钢，通过调整Cu元素和Nb元素的含量，探讨其合金元素与热处理对其显微组织与力学性能的影响。
　　本文首先运用JMatPro软件计算新设计的止裂钢的平衡相图及其CCT、TTT曲线，并分析了止裂钢中合金元素Nb、Cu对平衡相图的影响，从而验证新设计合金成分以及热机械控制工艺的合理性，并设计了合适的热处理温度。
　　研究发现，经过退火处理后，1-A550的金相显微组织主要以多边形铁素体为主，也有少量的针状铁素体、贝氏体及渗碳体，由于在退火过程中析出了Nb的第二相和富Cu相，第二相沉淀强化效果明显，使1＃试验钢在退火过程中具有相对较好的力学性能。随着退火时间的延长，其硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率均先上升后下降，在1h时达到了峰值。2-A550的金相显微组织组成由针状铁素体、贝氏体和多边形铁素体混合而成，针状铁素体的数量明显多于1-A550，屈服强度有先上升后下降的趋势，延伸率恰好相反。选取1-A550-1h和1-A550-10h做低温冲击试验，由于退火1h时存在Nb的析出相与富Cu相的尺寸比较粗大，能够加速裂纹的扩展，导致钢的低温韧性有所下降，所以1-A550-10h的韧脆转变温度要低于1-A550-1h的韧脆转变温度。
　　经过固溶处理后，为了得到均匀过饱和的固溶体，便于回火时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物，利用晶格畸变提高止裂钢的强度，研究了不同固溶温度875℃和925℃在相同固溶时间条件下，两个成分的钢固溶之后显微组织及力学性能的变化，发现在875℃固溶2h和925℃固溶1h时均得到了相对优异的综合力学性能，1-S925-1h试样的低温冲击韧性优于2-S925-1h，1-S925-1h试样的韧脆转变温度低于-80℃，2-S925-1h的韧脆转变温度介于-60℃~-80℃之间。
　　经过调质处理后，在875℃固溶2h后在550℃回火，两者的显微组织的分布趋于稳定，力学性能受回火软化和细晶强化作用明显；在925℃固溶1h后再550℃回火后，2＃试样的低温冲击韧性优于1＃，1＃的韧脆转变温度介于-60℃和-80℃之间，2＃的韧脆转变温度低于-80℃。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 集装箱船用止裂钢开发国内外研究现状

1.3 止裂钢性能及其优化研究

1.4 显微组织对钢强韧化的影响

1.5 钢的强韧化机制

1.6 热力学计算在止裂钢设计开发中的作用

1.7 本课题主要研究内容

第2章 实验过程及方法

2.1 本课题的整体方案路线

2.2 材料成分设计及成分测试

2.3材料的制备和热机械处理

2.4 JMatPro软件热力学计算

2.5 显微组织观察

2.6 力学性能测试

2.7 本章小结

第3章 热力学与动力学计算及分析

3.1 引言

3.2 理论基础

3.3 热力学计算结果与分析

3.4 动力学计算结果与分析

3.5 本章小结

第4章 合金元素对止裂钢的轧态组织与性能的影响

4.1 引言

4.2 热机械处理工艺

4.3 显微组织分析

4.4 止裂钢轧态的力学性能研究

4.5本章小结

第5章合金元素与退火工艺对止裂钢的组织与性能的影响

5.1 引言

5.2 显微组织分析

5.3 止裂钢退火状态的力学性能研究

5.4 微观结构表征和析出行为

5.5 本章小结

第6章 合金元素与调质工艺对止裂钢的组织与性能的影响

6.1引言

6.2 固溶处理对止裂钢显微组织及力学性能的影响

6.3 调质处理对止裂钢显微组织及力学性能的影响

6.4 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