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低成本超细晶耐候钢的开发研究

作　者: 吴红艳
导　师: 刘相华；杜林秀
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Mn-Cu耐候钢动态再结晶静态再结晶相变细晶强化控轧控冷大气腐蚀锈层干湿交替腐蚀
分类号: TG142.7
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着国民经济的快速发展,耐候钢作为一种经常大量使用的材料,仅具有良好的耐腐蚀性能已经不能满足生产使用的需要,在降低成本的基础上提高强韧性等综合力学性能是耐候钢发展的方向。超细晶耐候钢是既具有较高的强度和韧性,又具有优良的耐大气腐蚀性能的钢种,日益受到人们的重视。本文结合国家二期973计划项目“工业大气环境下铁素体/珠光体型耐候钢合金化与组织控制理论研究”,进行了低成本Mn-Cu耐候钢热加工过程中的组织变化规律、晶粒细化机制、贝氏体相变强化工艺方面的研究,通过实验室干湿交替加速腐蚀试验、电极化曲线试验研究其耐腐蚀性能,论文主要工作如下：(1)研究了变形温度、变形量和应变速率对耐候钢动态再结晶行为及组织演变的影响。结果表明,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。研究了变形参数对变形抗力的影响规律,回归出了一种较高精度的变形抗力数学模型。(2)研究了耐候钢奥氏体热变形后等温保持时间里的静态再结晶行为,得到了静态软化率曲线,讨论了变形温度、预变形量对静态再结晶行为的影响,确定静态再结晶激活能,建立了相应的静态再结晶动力学模型。(3)采用热膨胀法测定了不同变形量的连续冷却转变曲线,结合金相分析,给出了变形以及冷却速度对耐候钢显微组织的影响规律；研究了变形工艺参数对铁素体相变和贝氏体相变的影响。结果表明,变形扩大了铁素体区和珠光体区,缩小了贝氏体区,促进了铁素体相变；随着变形量的增大,铁素体和贝氏体开始转变温度升高。(4)利用热模拟实验,研究了变形工艺参数对显微组织的影响规律；在此基础上,利用实验轧机进行了热轧实验,对细晶化工艺进行了研究,得到了轧制工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,制定了合理的控轧控冷工艺制度。实验结果表明,随着终轧温度和卷取温度的降低,实验钢的强度提高,屈强比略有提高,延伸率稍有降低；随着锰含量的增加,组织中贝氏体含量增加,铁素体含量减少,晶粒变细,实验钢的强度提高。(5)对实验钢与参比钢SPA-H钢和Q345钢在实验室进行了干湿交替加速腐蚀试验和电化学试验,研究了耐候钢的耐蚀性能及不同晶粒尺寸对耐腐蚀性能的影响,同时对比分析了耐候钢和碳钢锈层结构的差异,分析了合金元素在耐腐蚀性能方面的作用,并讨论了耐候钢的耐腐蚀机理。(6)根据热模拟实验和热轧实验的结果,确定了耐候钢集装箱板的控轧控冷工艺参数,在济钢1700热连轧机组上进行了工业轧制实验,并对轧出的产品进行了耐腐蚀性能、力学性能的检测及显微组织分析,得出了耐腐蚀性良好、各项力学性能均达到要求的耐候钢。结果表明,制定的控轧控冷工艺参数合理可行。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
第1章绪论  13-41
  1.1 耐候钢的发展与应用  13-16
    1.1.1 国内外耐候钢的发展  13-15
    1.1.2 耐候钢的应用  15-16
  1.2 超细晶粒钢  16-20
    1.2.1 晶粒尺寸与细化程度分级  17-18
    1.2.2 晶粒超细化的方法  18-20
  1.3 奥氏体的高温变形行为  20-23
    1.3.1 奥氏体的动态再结晶  20-22
    1.3.2 奥氏体的静态再结晶  22-23
  1.4 形变奥氏体的相变行为  23-29
    1.4.1 形变奥氏体/铁素体相变  24-26
    1.4.2 形变奥氏体/贝氏体相变  26-29
  1.5 耐候钢的大气腐蚀机理及研究方法  29-39
    1.5.1 大气腐蚀机理及合金元素的作用  29-34
    1.5.2 锈层结构与组成  34-37
    1.5.3 大气腐蚀的研究方法  37-39
    1.5.4 极化曲线方法  39
  1.6 本文研究的背景、意义及内容  39-41
    1.6.1 本文研究的背景及意义  39-40
    1.6.2 本文研究的内容  40-41
第2章耐候钢的高温变形行为  41-67
  2.1 实验方法  41-43
    2.1.1 实验材料与设备  41-42
    2.1.2 实验方案  42-43
  2.2 动态再结晶行为及分析  43-55
    2.2.1 应力-应变曲线  43-46
    2.2.2 再结晶激活能的计算  46-48
    2.2.3 动态再结晶临界应变的确定  48-50
    2.2.4 动态再结晶组织演变  50-55
  2.3 变形抗力分析  55-59
    2.3.1 变形温度对变形抗力的影响  55-56
    2.3.2 应变速率对变形抗力的影响  56-57
    2.3.3 变形程度对变形抗力的影响  57-58
    2.3.4 变形抗力数学模型  58-59
  2.4 静态软化行为及分析  59-65
    2.4.1 双道次应力-应变曲线  60-61
    2.4.2 静态软化率曲线  61-63
    2.4.3 静态再结晶激活能的确定  63-64
    2.4.4 静态再结晶动力学模型  64-65
  2.5 小结  65-67
第3章耐候钢连续冷却过程相变的研究  67-95
  3.1 连续冷却过程相变的实验方法  67-69
    3.1.1 实验材料与设备  67
    3.1.2 实验方案  67-69
  3.2 实验结果  69-86
    3.2.1 CCT曲线  69-73
    3.2.2 连续冷却相变的显微组织  73-84
    3.2.3 双道次和多道次连续冷却相变的显微组织  84-86
  3.3 讨论  86-93
    3.3.1 变形和冷却速度对铁素体相变的影响  86-91
    3.3.2 变形和冷却速度对贝氏体相变的影响  91-93
  3.4 小结  93-95
第4章热模拟实验细化铁素体晶粒的研究  95-105
  4.1 铁素体晶粒细化的实验方法  95-96
    4.1.1 实验材料  95
    4.1.2 实验方案  95-96
  4.2 实验结果  96-104
    4.2.1 奥氏体晶粒长大情况  96-98
    4.2.2 不同变形工艺对显微组织的影响结果  98-100
    4.2.3 多道次变形工艺对显微组织的影响  100-104
  4.3 小结  104-105
第5章耐候钢控轧控冷工艺的研究  105-127
  5.1 实验方法  105-106
    5.1.1 实验材料  105
    5.1.2 实验方案  105-106
  5.2 实验结果与分析  106-126
    5.2.1 加热温度对显微组织的影响  106-107
    5.2.2 开轧温度对组织性能的影响  107-109
    5.2.3 终轧温度对组织性能的影响  109-120
    5.2.4 卷取温度对组织性能的影响  120-122
    5.2.5 锰含量对实验钢组织性能的影响  122-124
    5.2.6 断口形貌分析  124-126
  5.3 小结  126-127
第6章耐腐蚀性能的研究  127-149
  6.1 耐腐蚀实验方法  127-131
    6.1.1 实验材料  127-128
    6.1.2 实验方案  128-131
  6.2 耐腐蚀实验结果及分析  131-147
    6.2.1 腐蚀增重  131-134
    6.2.2 锈层的形貌与结构  134-140
    6.2.3 电极化曲线  140-145
    6.2.4 耐腐蚀机理  145-147
  6.3 小结  147-149
第7章工业实验  149-158
  7.1 工业实验方案  149-150
    7.1.1 实验钢的化学成分  149
    7.1.2 轧制工艺  149-150
  7.2 工业实验结果  150-157
    7.2.1 力学性能检验结果  150-151
    7.2.2 显微组织分析  151-153
    7.2.3 耐腐蚀实验分析  153-157
  7.3 小结  157-158
第8章结论  158-160
参考文献  160-170
攻读博士学位期间发表的论文  170-171
致谢  171-172
作者简介  172

低成本超细晶耐候钢的开发研究

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