冷轧退火工艺制备纳米/微米级超细晶粒低碳钢研究

摘要

晶粒细化是提高大块金属结构材料力学性能的有效手段，因此，能够同时提高强度和塑性的超细晶金属材料的制备一直受各国研究人员的关注。本文采用相变+冷轧+退火复合处理路线，通过改变冷轧压下量、退火温度和退火时间，制备了超细晶粒低碳钢。通过光学显微镜和扫描电子显微镜，对不同工艺处理下试样的显微组织以及断口形貌进行观察，运用X射线衍射仪对超细晶钢中碳化物进行成分分析，采用拉伸实验和硬度实验统计分析了试样的力学性能，根据显微硬度测量结果，计算实验钢的再结晶激活能。得到以下主要结论:
　　(1)采用50％冷轧退火工艺制备纳米/微米晶粒钢时，随着退火温度的升高和退火时间的延长，冷轧纤维化组织逐渐发生回复、再结晶和晶粒长大，力学性能也随之发生变化。在550℃退火30min，冷轧组织发生再结晶的同时，纳米级碳化物均匀析出，得到强塑性能匹配良好的超细纳米晶粒，晶粒尺寸细化到330nm，抗拉强度和总延伸率分别为867MPa和16.7％。
　　(2)根据显微硬度和再结晶激活能之间的关系，确定了本实验所用低碳钢的再结晶激活能为320.68kJ·mol-1。
　　(3)冷轧压下量增大至70％时，随着压下量的增加，冷轧组织的储存能增加，同时形核点增多，再结晶开始温度降低，相同退火工艺下再结晶行为更加充分。随着退火温度的升高及退火时间的延长，铁素体晶粒尺寸明显增加，渗碳体的形貌也由细小的颗粒状转变为块状。当退火温度为600℃，退火时间为2min时，获得抗拉强度和塑性匹配良好的超细纳米晶粒，试样的平均晶粒尺寸为288nm，抗拉强度和总延伸率分别为753.8MPa和16.5％。
　　(4)采用循环退火工艺制备纳米/微米晶粒钢，重复冷轧退火工艺增加了总的变形量，但能否进一步细化超细晶铁素体，主要取决于第二次冷轧退火温度、退火时间以及第二次退火前组织。第一次和第二次冷轧压下率均为50％，退火温度为500℃、550℃、600℃、650℃，退火时间分别为2min和30min;第二次退火温度为600℃，退火时间为10min时，超细晶铁素体晶粒的尺寸没有得到明显细化，硬脆相渗碳体析出增多且尺寸变大，力学性能没有得到明显改善。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 钢的强化机制

1．2．1 固溶强化

1．2．2 加工硬化

1．2．3 细晶强化

1．2．4 第二相强化

1．3 晶粒细化工艺总结

1．3．1 大塑性变形法制备超细晶粒钢

1．3．2 相变和再结晶原理制备超细晶粒钢

1．4 国内外研究现状

1．5 本文主要研究内容

第2章 实验材料及测试表征方法

2．1 实验材料

2．2 材料表征及测试方法

2．2．1 轧制和热处理设备

2．2．2 试样制备

2．2．3 组织观察

2．2．4 XRD实验

2．2．5 力学性能测试

2．2．6 晶粒尺寸统计分析

第3章 退火工艺对低碳超细晶粒钢组织与性能的影响

3．1 实验目的

3．2 实验工艺

3．3 实验结果

3．3．1 显微组织

3．3．2 晶粒尺寸

3．3．3 力学性能分析

3．3．4 实验结果分析与讨论

3．4 本章小结

第4章 低碳超细晶粒钢再结晶动力学研究

4．1 实验目的

4．2 实验结果

4．3 本章小结

第5章 压下量对低碳超细晶粒钢组织与性能的影响

5．1 实验目的

5．2 实验工艺

5．3 实验结果

5．3．1 显微组织

5．3．2 晶粒尺寸

5．3．3 机械性能

5．4 实验分析与讨论

5．5 本章小结

第6章 重复冷轧退火工艺对低碳超细晶粒钢组织与性能的影响

6．1 实验目的

6．2 实验工艺

6．3 实验结果

6．3．1 显微组织

6．3．2 晶粒尺寸

6．3．3 机械性能

6．4 实验分析与讨论

6．5 本章小结

7．1 结论

7．2 课题展望

致谢

参考文献

附录