700MPa级微合金高强钢组织及性能的研究

摘要

本课题设计研究了屈服强度为700MPa级的微合金高强钢。通过优化成分和控轧控冷工艺(TMCP)使其力学性能和焊接性能满足现场使用条件，即设计出微合金高强钢的屈服强度、抗拉强度达到700MPa以上，又保证在低温(-40℃)冲击性能和焊接过程中焊缝及热影响区的力学性能符合现场实际要求。
　　试验研究发现：确定合理Nb、V、Ti微合金元素的加入量及设计恰当的控轧控冷工艺，试制钢种的组织为铁素体和贝氏体。控制卷取温度为600℃时，并采取缓冷工艺，可保证了试验钢强度达到700MPa级以上。
　　本试验钢化学元素的设计遵循低碳设计原则，通过提高锰含量和添加微合金元素来达到目标强度。其中 Ti可以起高温细化晶粒作用，目标成分控制在0.05~0.22范围内，达到较好强化作用；Nb可以提高再结晶温度，在控制轧制时拖拽晶界来细化晶粒，可以起到很好的析出强化效果，确保目标成分加入量不超过0.09；V可以在γ转变为α过程中起到相间析出强化作用，确保目标成分加入量不超过0.20。最终确定Nb、V、Ti微合金元素加入量依次为0.0075、0.0035、0.010，通过扫描电镜及能谱仪确定在铁素体基体上弥散了许多细小的Ti(C,N)第二相析出物，可以起到相应的强化效果。
　　通过一系列力学性能试验和焊接试验测试分析，得出具体试验结论：采用缓冷工艺的屈服强度可达710MPa以上，比空冷工艺的提高了100MPa左右，伸长率在21%以上，比空冷工艺的提高了5个百分点，采取缓冷与空冷工艺得到抗拉强度相差在25MPa左右，基本可忽略其对抗拉强度的影响，即700MPa级微合金高强钢卷取后采用缓冷工艺进行冷却；冲击试验中，室温吸收的冲击功比低温(-40℃)冲击时多了20J左右，断裂机理由韧性断裂转变为脆性断裂；弯曲试验中形成的裂纹主要原因是钢水中 S、P等有害夹杂元素的存在，冶炼过程没有保证钢水纯净度；焊接试验研究表明母材金相组织为铁素体，热影响区金相组织为粒状贝氏体，焊缝金相组织为片状铁素体+少量魏氏组织；焊接试样中热影响区的硬度最高在270 HV左右，焊缝处的硬度最低在220HV左右。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 微合金高强钢定义

1.2 微合金高强钢的分类

1.3 微合金高强钢的发展

1.4 微合金高强钢的性能要求

1.5 微合金高强钢的强化机制

1.6 微合金高强钢的工艺要求

1.7 课题研究目的及主要内容

2 研究方案

2.1 试验研究技术路线

2.2 试验钢的性能要求

2.3 试验钢的成分设计

2.4 试验钢工艺流程

2.5 试验钢的成分测定

2.6 试验钢的组织观察

2.7 力学性能检测

3 试验结果分析

3.1 试验钢的成分分析

3.2 金相组织分析

3.3 拉伸试验研究

3.4 冲击试验研究

3.5 弯曲试验研究

3.6 焊接试验研究

3.7 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢