500MPa级超级钢开发及使用性能的研究

摘要

开发低成本高性能钢的制造技术具有十分重要意义。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)“500MPa碳素钢先进工业化制造技术”项目的支持下开展研究，开发出了500MPa级超级钢板带，并对400～500MPa超级钢板带的使用性能进行了系统研究。论文主要工作如下： 1)利用热模拟实验，研究了工艺参数对500MPa超级钢组织的影响，发现了终轧温度、冷却速度、道次变形量分配方式等对组织的影响规律；在此基础上，利用实验轧机进行热轧实验，系统研究了轧制工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律，为制定工业实验方案提供参考和指导。 2)在1700热连轧机组上进行三次工业轧制实验。对在大生产条件下获得试件的组织与性能进行了分析测试，确定了通过成份微调、调整轧制温度、冷却制度及卷取温度来改善力学性能的工艺路线。轧制出合格的500MPa超级钢热轧板卷，各项性能指标均达到要求。 3)将工业实验所总结的成份和工艺参数，应用于热连轧机组进行工业生产，轧出500MPa级超级钢板带并形成了批量生产，所生产的超级钢产品已经用于汽车制造行业。 4)为扩大超级钢的应用范围，对400～500MPa超级钢低温韧性进行了研究，确定了两个级别超级钢的韧脆转变温度(DBTT)分别为：400MPa超级钢的DBTT为-80℃；500MPa超级钢的DBTT介于-114℃～-192℃之间，证明超级钢具有较高的低温韧性。组织分析证明，晶粒细化是超级钢低温韧性提高的主要原因，纯度高、杂质含量低、亚晶的出现也是提高低温韧性的影响因素。 5)针对超级钢结构件需要进行冷成形的要求，通过拉伸试验、冷弯实验对400～500MPa超级钢成形性进行研究。400MPa级钢的n、r值分别为0.17～0.19和0.6～0.8；500MPa超级钢的n、r值为0.197和0.88；宽冷弯实验结果为全部合格。结合屈强比对两级别钢的冷成形性进行的判断，超级钢具有良好的冷成形性。X光衍射实验结果证明500MPa超级钢r值较高的原因是存在有利织构(111)[121]。 6)研究采用常用的焊接方法进行超级钢的焊接，对超级钢的推广和应用有更直接的促进作用。采用熔化极活性气体保护焊和手工电弧焊对400MPa、500MPa超级钢进行了焊接性能的研究，结果证明超级钢对气体保护焊和手工电弧焊工艺适应性好。对强度和韧性的测试结果显示，两种强度级别的超级钢焊接后钢板均能保持与母材相同的强度，焊接接头处焊缝韧性最低，采用多道焊及细丝小电流焊接可以减少接头部位韧性的损失量。 7)利用R=-1的正弦波对400MPa和500MPa两种超级钢的高周疲劳性能进行了测试，结果证明ANS400的拉-压疲劳强度为220MPa，ANS500的疲劳强度为270MPa；ANS500的疲劳强度比ANS400的疲劳强度提高20％左右；R>0时的疲劳强度为500MPa，几乎是R=-1时疲劳强度的二倍，且接近超级钢的静强度。实验结果证明晶粒的细化是提高疲劳强度的主要原因；疲劳裂纹源主要在表面的驻留滑移带处成核。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2国内外研究的现状

1.2.1超细晶粒钢的发展

1.2.2晶粒细化的方法

1.3碳锰钢轧制过程及冷却过程的组织变化

1.3.1碳锰钢轧制过程的奥氏体再结晶过程

1.3.2碳锰钢轧制过程的形变诱导相变

1.3.3碳锰钢轧后冷却过程的相变过程

1.4碳锰钢控制轧制的阶段划分及组织控制

1.4.1不同阶段控制轧制在组织控制中的作用

1.4.2控制轧制温度范围的确定和压下量的分配原则

1.5超级钢的性能及其特点

1.5.1超细晶粒钢的强度与韧性

1.5.2超细晶粒钢的塑性

1.5.3超级钢的焊接性能

1.5.4超级钢的疲劳性能

1.6热模拟技术及其在晶粒微细化方面的应用

1.6.1热模拟技术与设备

1.6.2热模拟技术在晶粒微细化方面的应用

1.7本文研究的内容、目的和意义

1.7.1研究的目的和意义

1.7.2本文研究的主要内容

2 500MPa超级钢的实验研究

2.1超级钢组织变化的热模拟研究

2.1.1实验方案

2.1.2实验结果与讨论

2.2实验室热轧实验

2.2.1实验方法

2.2.2实验结果

2.2.3讨论

2.3微量Nb在钢中的作用机理研究

2.3.1Nb(CN)在奥氏体中的析出行为

2.3.2Nb(CN)在铁素体中的析出行为研究

2.4本章小结

3 500MPa超级钢工业实验及生产

3.1 500MPa超级钢工业实验

3.1.1工业实验条件

3.1.2第一次工业实验

3.1.3第二次工业实验

3.1.4第三次工业实验

3.2 500MPa超级钢的工业生产

3.3本章小结

4超级钢低温韧性的研究

4.1实验材料与实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1实验结果

4.2.2韧脆转变温度的确定

4.2.3分析

4.3本章小结

5超级钢成形性的研究

5.1实验方法

5.1.1应变硬化指数n值

5.1.2塑性应变比r值

5.1.3弯曲性能

5.1.4织构的测定

5.2 400MPa超级钢的成形性

5.2.1实验材料

5.2.2实验结果

5.3 500MPa超级钢的成形性

5.3.1实验材料

5.3.2实验结果

5.4分析与讨论

5.5本章小结

6超级钢的焊接性能

6.1 400MPa超级钢焊接工艺的研究

6.1.1气体保护焊工艺研究

6.1.2手工电弧焊

6.2 400MPa超级钢焊后拉伸性能

6.2.1实验方法与设备

6.2.2实验结果

6.2.3分析与讨论

6.3 400MPa超级钢板的焊后韧性

6.3.1实验材料

6.3.2实验方法

6.3.3韧性测试结果与讨论

6.4 400MPa超级钢板焊后的冷弯性能

6.4.1实验材料与方法

6.4.2实验结果

6.4.3分析与讨论

6.5 500MPa超级钢焊接性能的研究

6.5.1实验材料

6.5.2实验设备与方法

6.5.3实验结果

6.5.4实验结果讨论

6.6本章小结

7超级钢疲劳性能的研究

7.1 400MPa超级钢疲劳性能的研究

7.1.1实验材料与方法

7.1.2实验结果与分析

7.2 500MPa超级钢疲劳性能的研究

7.2.1实验材料与方法

7.2.2实验结果与分析

7.3讨论

7.3.1超级钢组织对疲劳性能的影响

7.3.2载荷谱对疲劳性能的影响

7.3.3超级钢疲劳断裂过程

7.4本章小结

8结论

参考文献

攻读博士学位期间完成的论著、专利及获奖情况

致谢

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