微合金钢Q345的CCT曲线及断裂韧性研究

摘要

微合金钢Q345的产量大、涵盖的品种规格范围广。在钢中加入Nb、V、Ti等微合金元素进行控轧控冷，和进行相应的热处理，是有效地改善钢材的组织与性能的主要途径，要有效地进行控制冷却和热处理必须参考相应的CCT图，而断裂是该合金钢加工和使用过程中经常面临的问题。但是，目前对Q345钢过冷奥氏体连续冷却转变以及断裂韧性的研究比较少。本文针对Q345钢过冷奥氏体连续冷却转变、以及热处理对该钢断裂韧性的影响做了相关研究. 1.通过膨胀法，结合金相-硬度法、示差热分析法测定了Q345钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线)，研究了连续冷却过程中奥氏体转变及转变产物的组织形态，并与同类钢的转变曲线进行了比较分析。根据所测得的CCT图可知，在不同的冷却速度下Q345钢的转变产物包括铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体，其中贝氏体的转变范围非常大，当冷却速度大于0.5℃/s时即会出现贝氏体，其形成温度大约在450～600℃。 2.在Instron8032电液伺服试验机上，研究了3种不同状态的延性断裂韧度JIC和疲劳裂纹扩展速率da/dN。通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等观察其组织结构及断口形貌，发现950℃正火处理能够细化组织并改善组织组成，在一定的范围内增加冷却速度可以提高延性断裂韧度，这对钢材生产具有重要的参考价值，以较快的冷却速度冷却的风冷试样，虽然强度提高，但硬度也较高，具有较大的缺口敏感性，和空冷试样相比，疲劳裂纹扩展门槛值降低，裂纹扩展速度也较快。 3.通过与16MnR钢(未加微合金元素)比较，分析了微合金元素对CCT图的影响，总结了微合金元素的强韧化机理，微合金元素主要是通过细化晶粒、析出强化和产生针状铁素体和贝氏体组织产生影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1 Q345钢介绍

1.2微合金钢概述

1.2.1微合金钢及其特点

1.2.2微合金钢的发展现状

1.3钢的过冷奥氏体转变概述

1.3.1过冷奥氏体转变图

1.3.2 CCT曲线的影响因素

1.3.3微合金钢连续冷却转变的特征

1.4断裂韧度J积分概述

1.4.1J积分的定义

1.4.2 J积分的性质

1.4.3延性断裂韧度J1c的研究现状

1.4.4影响断裂韧度的因素

1.5金属疲劳裂纹扩展速率

1.5.1疲劳裂纹扩展速率研究的进展

1.5.2疲劳裂纹扩展的一般规律

1.5.3影响疲劳裂纹扩展的因素

1.6本课题研究意义、目的及主要研究内容

第二章Q345钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线的测定与分析

2.1实验方法

2.2实验结果

2.2.1差热分析实验结果

2.2.2连续冷却膨胀曲线

2.2.3金相观察和硬度测试结果

2.2.4 CCT图的绘制

2.3分析与讨论

2.3.1 CCT图分析

2.3.2 Q345过冷奥氏体转变产物分析

2.3.3测得的CCT图与文献报道的CCT图比较

2.4本章小结

第三章Q345钢断裂韧度J1c研究

3.1实验方法

3.1.1热处理及常温拉伸实验

3.1.2延性断裂韧度J1c试验

3.1.3显微组织及断口观察

3.2实验结果

3.2.1拉伸实验结果

3.2.2 J积分实验结果

3.3分析与讨论

3.3.1 J1c的确定

3.3.2热处理对材料J1c的影响

3.4本章小结

第四章Q345钢疲劳裂纹扩展速率研究

4.1实验方法

4.1.1疲劳裂纹扩展实验

4.1.2断口扫描及透射电镜观察

4.2实验结果

4.3分析与讨论

4.3.1 a-N曲线分析

4.3.2疲劳裂纹扩展速率

4.3.3热处理对疲劳裂纹扩展速率的影响

4.4本章小结

第五章微合金元素对连续冷却转变的影响及其强韧化作用

5.1微合金元素对连续冷却转变的影响

5.1.1 Q345钢和16MnR钢连续冷却转变产物比较

5.1.2 Q345钢和16MnR钢CCT图比较

5.2微合金元素对断裂韧性的作用

5.3本章小节

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果