含Mo耐火钢的微合金化及其组织与性能研究

摘要

随着市场需求的加大以及对建筑品质的要求越来越高，迫切需要加快研发具有高强度的低Mo系列低成本具有抗震性能的耐火钢，以期实现钢结构的低成本、轻量化，达到节约原材料、节能减排的低碳经济目的。文中共设计了含Mo、Mo-Nb、Mo-V以及Mo-Nb-V系四种耐火钢筋。通过Nb-V微合金化及控轧控冷手段来降低Mo的含量。同时，对四种成分钢进行不同温度固溶淬火并分别在不同温度下回火处理，以研究析出强化在耐火钢中所能做的最大贡献。本实验通过观察热轧态、淬火回火态钢筋中的显微组织、测试力学性能，分析钢中合金元素、轧制工艺及淬火温度、回火温度对钢筋组织转变和力学性能的影响，为工业化大生产提供合理的建议。研究结果如下:
　　(1)热轧态试验钢的典型显微组织特征为等轴铁素体+珠光体，另外还有一定含量的粒状贝氏体。Mo的添加增加了淬透性，有利于贝氏体组织的生成。0.3％Mo系钢中粒状贝氏体含量较多，Nb、V微合金化钢0.25％Mo-Nb、0.25％Mo-V、0.25％Mo-Nb-V中珠光体含量较多，粒状贝氏体含量较少。
　　(2)热轧态Mo-Nb系钢的晶粒细化效果优于Mo-V系钢，但沉淀强化能力不及Mo-V系钢。这是由于Nb的细化晶粒能力强于V，但其碳化物在基体中弥散析出行为弱于V的碳化物。Nb-V复合微合金化的Mo-Nb-V钢，受Nb的晶粒细化和V的沉淀析出综合作用，其屈服强度明显高于Mo-Nb钢和Mo-V钢。
　　(3)高温拉伸实验结果表明，热轧态实验钢600℃保温1h时钢中会有大量的Mo、Nb、V碳化物析出于晶界处、位错处或铁素体基体中。尺寸较大的Mo碳化物在高温下钉扎晶界的作用较强，因此Mo钢的高温屈强强度最大。Nb、V微合金化钢中，由于Nb、V对C原子的竞争，减少了钢中Mo碳化物的析出，致使微合金化钢的高温屈服强度偏低。
　　(4)实验钢淬火后在550～650℃回火，硬度和强度随着回火温度的升高呈现先升高后降低的趋势，在600℃时力学性能最佳。显微组织观察分析结果显示，该温度下析出物尺寸较小，数量最多，Mo、Nb、V碳化物析出的综合效果最强。950℃淬火后不同温度下回火，由于V的析出强化效果强于Nb，Mo-V系耐火钢的力学性能优于Mo-Nb系和Mo-Nb-V系钢。1200℃奥氏体化处理可保证Nb碳化物完全溶解，随后的回火过程中Nb的析出效果增强，因此，Mo-Nb系钢的力性性能优于Mo-V系钢。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 耐火钢简介

1．3 国内外耐火钢的研究概况

1．4 合金元素与控轧控冷对组织性能的影响

1．4．1 合金元素在耐火钢中的作用

1．4．2 控轧控冷对耐火钢组织性能的影响

1．5 耐火钢的强化机理

1．5．1 细晶强化

1．5．2 析出强化

1．5．3 固溶强化

1．5．4 相变强化

1．6 本文的研究目的和内容

第2章 实验方法

2．1 实验材料

2．2 钢临界点温度测定

2．3 轧制工艺和热处理工艺

2．3．1 轧制工艺

2．3．2 热处理工艺

2．3．3 热模拟

2．4 微观组织分析

2．4．1 金相组织观察

2．4．2 扫描电镜观察

2．4．3 透射电镜观察

2．5 力学性能测试

2．5．1 常温拉伸

2．5．2 高温拉伸

2．5．3 维氏硬度

第3章 热轧态钢筋的组织与性能分析

3．1 引言

3．2 热轧态钢筋室温显微组织及力学性能

3．2．1 光学显微组织

3．2．2 SEM观察结果

3．2．3 TEM分析

3．2．4 热轧态钢筋室温拉伸性能

3．3 热轧态钢筋高温显微组织及力学性能

3．3．1 高温显微组织

3．3．2 析出物

3．3．3 热轧态钢筋高温拉伸性能

3．4 本章小结

第4章 热处理工艺对钢中析出物的影响

4．1 Mo-Nb-V钢热模拟下的显微组织

4．1．1 热模拟试样的光学显微组织观察

4．1．2 透射电镜观察

4．1．3 维氏硬度测试

4．2 淬火回火温度对析出物的影响

4．2．1 820℃淬火不同回火温度对析出物的影响

4．2．2 950℃淬火不同回火温度对析出物的影响

4．2．3 1200℃淬火不同回火温度对析出物的影响

4．3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢