20CrNi2Mo钢热轧过程中贝氏体组织控制

摘要

随着中国高速铁路建设高峰的到来，性能优良的高速铁路轴承将被大量使用，轴承钢市场将迎来巨大的发展机遇。20CrNi2Mo渗碳轴承钢是一种优质低碳合金钢，合金元素配比良好，采用20CrNi2Mo渗碳轴承钢制造的轴承，除表面具有高的硬度、耐磨性，高的疲劳强度，良好的尺寸稳定性外，轴承内部还具有高的韧性，可用于制造承受冲击较大的高速铁路机车用轴承。因而对高性能20CrNi2Mo渗碳轴承钢组织特征与强韧性能的基础研究也显得十分必要。 本文依托国家863计划项目“重大装备用轴承钢关键技术开发”，以20CrNi2Mo渗碳轴承钢为研究对象，研究了20CrNi2Mo钢的热变形行为和连续冷却相变行为，模拟了终轧温度、冷却速度和终冷温度对贝氏体显微组织的影响;研究了热轧过程贝氏体组织演变机理及冲击韧性影响规律。论文主要工作如下: (1)通过高温单道次压缩实验测定了20CrNi2Mo钢的流变应力曲线，研究了20CrNi2Mo钢在高温压缩过程中的变形行为、变形组织特点以及组织演变规律，建立了20CrNi2Mo钢的高温本构关系，分析了高温变形抗力的影响因素并建立了变形抗力模型。结果表明，20CrNi2Mo钢在变形温度高、应变速率低时表现出典型的动态再结晶特征，确定了动态再结晶激活能;变形温度和变形速率对变形抗力影响强烈，回归出了一种较高精度的变形抗力数学模型。 (2)采用热膨胀法测定了变形与未变形20CrNi2Mo钢的连续冷却转变曲线，结合显微组织分析，得出了变形以及冷却速度对20CrNi2Mo钢相变组织的影响规律。结果表明，变形使得铁素体区和珠光体区左移，促进了先共析铁素体相变，使得贝氏体转变温度提高;随着冷却速度增大，铁素体相变受到抑制，贝氏体中温区相变得到加强。 (3)利用热模拟实验，研究了变形工艺参数对20CrNi2Mo钢贝氏体显微组织及M-A岛的影响规律。结果表明，随着终轧温度的升高，贝氏体晶粒尺寸增大，贝氏体基体上M-A岛总量及平均弦长增加;随着冷却速度的增大，贝氏体组织得到细化，当冷却速度从5℃增大到10℃/s时，M-A岛的形态由粗大的条状、块状转变为细小的小岛状，分布也愈发弥散、均匀，当冷却速度超过20℃/s时，M-A岛的长径比明显增大，长条状M-A岛增多，而M-A岛总量随冷速变化不大;在500℃～580℃之间，随着终冷温度提高，M-A岛数量增多，总量减少，M-A呈小岛状或短棒状弥散分布于基体上，平均弦长及尺寸都变得细小，580℃～600℃之间，随着终冷温度提高，M-A岛数量和总量均增多，但M-A岛大多呈块状分布于基体上，平均弦长及尺寸都相对较大。 (4)通过热轧实验研究了轧制工艺参数对20CrNi2Mo钢贝氏体组织演变的影响规律，结果表明，随着终轧温度从900℃降低到811℃，贝氏体铁素体晶粒明显细化，终轧温度为864℃时，贝氏体组织均匀细小，贝氏体铁素体晶粒达到3μm;不同终冷温度下贝氏体组织呈现不同形态，高的终冷温度(558℃)形成的粒状贝氏体组织是由不规则的块状铁素体及其分布在铁素体晶界上M-A岛组成，低的终冷温度(489℃)形成的粒状贝氏体组织是由伸长的铁素体板条束与粒状或短棒状近于平行分布于铁素体板条束之间的M-A岛组成;冷却速度增大，贝氏体铁素体板条束变窄，同时铁素体中V的碳化物析出量减少，析出物尺寸变小。冲击实验结果表明，铁素体板条束尺寸和M-A岛形态分布对20CrNi2Mo钢冲击韧性影响强烈，终轧温度在869℃，冷却速度13℃/s，终冷温度在489℃获得的实验钢室温冲击功达到142J，冲击韧性良好。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1高速铁路列车轴承用钢

1．1．2高速铁路列车轴承用钢国内外发展现状

1．1．3 20CrNi2Mo渗碳轴承钢的发展及应用

1．2奥氏体高温变形行为

1．2．1动态再结晶行为

1．2．2动态再结晶发生条件

1．2．3动态再结晶形核机制

1．2．4热变形过程中变形抗力

1．3形变奥氏体贝氏体相变

1．3．1贝氏体相变机制

1．3．2贝氏体的组织形态

1．3．3贝氏体的性能

1．4控轧控冷技术及应用

1．4．1控制轧制与控制冷却

1．4．2控轧控冷技术的新进展及发展趋势

1．5本文的目的、意义和研究内容

1．5．1研究的目的、意义

1．5．2研究内容

第2章20CrNi2Mo钢高温变形行为

2．1实验材料和方法

2．2动态再结晶行为及分析

2．2．1真应力—真应变曲线

2．2．2 Z参数的确定

2．2．3流变应力方程的建立

2．2．4动态再结晶微观组织演变

2．3变形抗力分析

2．3．1变形程度对变形抗力的影响

2．3．2变形温度对变形抗力的影响

2．3．3变形速率对变形抗力的影响

2．3．4变形抗力数学模型的建立

2．4本章小结

第3章20CrNi2Mo钢连续冷却相变行为

3．1实验材料及方法

3．2实验结果

3．2．1 CCT曲线绘制

3．2．2连续冷却相变微观组织

3．3结果分析

3．3．1合金元素对相变过程的影响

3．3．2冷却速度对相变过程的影响

3．3．3变形对相变过程的影响

3．4本章小结

第4章20CrNi2Mo钢模拟控轧控冷工艺研究

4．1实验材料及方法

4．2实验结果及分析

4．2．1终轧温度对组织影响

4．2．2冷却速度对组织影响

4．2．3终冷温度对组织影响

4．3本章小结

第5章20CrNi2Mo钢热轧工艺实验研究

5．1实验材料和方法

5．2热轧工艺参数对贝氏体组织的影响

5．2．1终轧温度对贝氏体组织细化的影响

5．2．2终冷温度对贝氏体铁素体形貌的影响

5．2．3冷却速度对贝氏体板条束及析出行为的影响

5．3热轧工艺参数对冲击性能的影响

5．3．1不同热轧工艺下冲击性能

5．3．2冲击断口宏观形貌分析

5．3．3冲击断口微观形貌分析

5．3．4热轧工艺参数对冲击载荷-位移曲线影响

5．3．5冲击断口二次裂纹扩展形貌及失效形式分析

5．4本章小结

第6章结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢