热轧工艺和合金成分对釉化用钢组织性能影响的研究

摘要

本课题研究了生产热水器内胆所用的低C釉化用钢，因热水器内胆在使用时需承受一定的温度和压力，故对釉化用钢的屈服强度有一定的要求。在实际的釉化烧结过程中，釉化用钢会经历晶粒粗化、相变和溶质扩散等过程，其力学性能也会相应地发生变化，而热轧工艺和合金成分在很大程度上决定了釉化用钢轧制态和釉化烧结后的性能，因此研究热轧工艺和合金成分对釉化用钢组织性能的影响具有重要意义。本文采用实验、有限元模拟和热力学计算相结合的方法，对不同成分和轧制工艺的釉化用钢进行了深入研究，分析讨论了连轧和形变诱导铁素体相变(DSIT)工艺、以及合金元素Si和Mn含量对釉化用钢在釉化烧结前后的力学性能和显微组织的影响，为进一步改进轧制工艺和合金成分提供指导。主要的研究结果如下:
　　与传统的连轧工艺相比较，由DSIT工艺轧制的钢板因经历了反复的形变诱导铁素体相变而获得了较细小的晶粒。但当后三道次开轧温度较高时，由于应变诱导铁素体相变形核的不均匀性以及组织中出现的较多的块状相，使得钢板的轧制态屈服强度与连轧钢板无明显差别，且屈服平台变窄;当控制后三道次开轧温度接近Ar3时，DSIT工艺轧制的钢板的组织均匀性得到改善，屈服强度有一定的提高。经815℃～871℃不同温度的热处理后，连轧钢板的屈服强度出现了明显的下降，降幅在20～30MPa之间;而DSIT轧制的钢板热处理后屈服强度有不同程度的提高。热处理过程中钢板屈服强度的变化与显微组织的演变相对应。有限元模拟结果显示:在轧制初期，钢板表面温度均低于心部温度，随着轧制过程的进行，两者趋于一致。在DSIT轧制过程中，钢板所承受的轧制力更大，温度波动也更为明显。
　　对于不同Si、Mn含量的钢板， Si含量较低的钢板无明显的屈服平台，且组织中存在较多尺寸较大的珠光体相，铁素体晶粒增大;经815℃～871℃热处理后，钢板的拉伸曲线出现了明显的屈服平台，屈服强度增加，但受热处理温度影响较大，热处理温度较高时屈服强度发生下降，可能与高温热处理后钢板显微组织中的珠光体尺寸较大有关。根据热力学计算结果，降低Si含量和增加Mn含量均会使铁素体-奥氏体转变温度降低，保温过程中钢板中的奥氏体量增多，这可能是钢板组织中珠光体形态受热处理温度影响较大的原因。此外，提高Mn含量后，组织中的Mn23C6析出相将会增多，相应地将消耗更多的C原子，使得固溶在铁素体基体中的C减少，间隙原子钉扎位错形成的“柯氏气团”数量也相应减少，这可能是Mn含量较高的钢板在热处理后屈服强度较低的原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 釉化用钢概述

1．2．1 釉化用钢的发展

1．2．2 釉化用钢分类

1．2．3 釉化用钢性能要求

1．2．4 釉化用钢的显微组织特点

1．3 釉化用钢的强化机制

1．4 合金元素对釉化用钢组织性能的影响

1．5 釉化用钢的轧制工艺研究

1．5．1 钢板轧制工艺的国内外研究进展

1．5．2 轧制过程的有限元模拟

1．5．3 DEFORM软件介绍

1．6 热力学计算及Pandat软件介绍

1．7 本课题研究目的和内容

第二章 实验材料和方法

2．1 实验研究路线

2．2 实验材料与设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 轧制设备

2．2．3 热处理设备

2．3 热轧工艺及参数

2．4 热处理工艺流程及参数

2．5 显微组织观察及力学性能测试

2．5．1 显微组织观察

2．5．2 晶粒尺寸测量

2．5．3 力学性能测试

2．6 轧制过程有限元模拟

2．7 热力学计算分析

第三章 热轧工艺对釉化用钢显微组织和力学性能的影响

3．1 化学成分和热轧工艺参数

3．2 轧制工艺对釉化用钢轧制态显微组织和力学性能的影响

3．3 热处理对不同轧制工艺釉化用钢显微组织和力学性能的影响

3．4 热轧过程的有限元模拟

3．4．1 轧制过程有限元模型的建立

3．4．2 模拟结果与分析

3．5 本章小结

第四章 合金成分对釉化用钢显微组织和力学性能的影响

4．1 合金成分Si、Mn对釉化用钢轧制态显微组织和力学性能的影响

4．2 热处理对不同成分釉化用钢显微组织和力学性能的影响

4．3 不同成分釉化用钢的热力学计算

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

研究生期间发表的学术论文

致谢