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汽车用低合金钢成分设计及控轧控冷工艺的研究

作　者: 陈玉鹏
导　师: 徐民; 王群骄
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 低合金高强度钢 合金化 控轧控冷 显微组织 力学性能
分类号: U465.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


汽车作为现代人类最便捷的交通工具和重要的运输手段,如今己进入社会经济生活的各个领域,发挥着重要的作用。新一代汽车的发展趋势要求节能、降耗、环保和安全。因此,使用高强和超高强度钢作为汽车用钢是未来的目标。目前汽车用低合金高强度钢强度级别主要在抗拉强度500MPa以下,远远不能满足汽车工业轻量化发展的要求。因此,提高低合金高强度钢的强韧性具有重要的现实意义。而微合金化技术以及控制轧制控制冷却技术是低合金高强度钢强韧化的主要途径。本文通过在Gleeble-2000热模拟试验机上进行单道次压缩热模拟实验,研究了钢的高温变形行为,在轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(RAL)的Φ450mm热轧实验机组上进行热轧实验,研究了合金元素以及控轧控冷工艺对低合金钢组织性能的影响,并确定了最佳的合金成分和热轧工艺参数。论文研究的主要结果如下：(1)在应变速率为0.1s-1、应变量为0.7的变形条件下,普通碳锰钢在800℃、850℃、870℃变形时的真应力-真应变曲线为加工硬化型,在900℃变形时的真应力-真应变曲线为动态回复型,在950℃和1000℃变形时的真应力-真应变曲线为动态再结晶型。从而确定了实验钢的动态再结晶温度在900℃以上。(2)合金元素Cr具有固溶强化及提高淬透性的作用。与普通碳锰钢相比,加入0.22%Cr使实验钢屈服强度增加142MPa。微合金元素Ti具有沉淀强化及细晶强化作用,添加0.061%Ti使实验钢屈服强度增加169MPa。复合添加0.238%Cr、0.0799%Ti,与单独添加相比,强度和硬度进一步提高。(3)由于B强烈推迟先共析铁素体和珠光体转变,显著提高了淬透性,与单加Ti相比,复合添加0.06%Ti和0.002%B的实验钢屈服强度提高26MPa。Nb具有强烈细晶强化作用,含0.47%Ci、0.04Nb的实验钢,与含0.238%Cr、0.0799%Ti的实验钢相比,屈服强度增加41MPa。(4)复合添加Ci、Ti、V、B的实验钢由于多种合金元素共同的作用,不仅提高了强度,同时塑性也明显改善,具有良好的综合性能。(5)研究了不同TMCP工艺参数对低合金钢组织、性能的影响规律。随着终轧温度的降低,含Ti、B实验钢,由于析出强化作用的减弱,屈服强度和抗拉强度分别降低到565MPa和700MPa；含Cr、Ti、V、B的实验钢和含Cr、Nb的实验钢,由于细晶强化作用更强,屈服强度分别增加到669MPa和684MPa,抗拉强度分别增加到773MPa和774MPa。(6)卷取温度由600℃降低到550℃时,使含Cr、Ti、V、B实验钢的铁素体晶粒细化,贝氏体含量增加,进一步提高了强度。屈服强度和抗拉强度分别由669MPa、773MPa增加到738MPa、848MPa,延伸率由22.6%降低到18.9%；硬度由207HV增加到235.3HV。(7)随着总变形量的增加,促进了铁素体相变,实验钢的强度有所下降。随着冷却速率的增加,细晶效果明显,提高了贝氏体含量,提高了实验钢的强度。(8)通过不同的合金成分设计和控轧控冷工艺的研究,得到了所研究的低合金高强度钢的最佳合金成分和热轧工艺制度。合金成分为0.46%Gr、0.11%Ti、0.07%V、0.002%B的实验钢,终轧温度为800℃、卷取温度600℃、冷却速率13℃/s时综合力学性能最高。屈服强度669MPa,抗拉强度773MPa,延伸率22.6%,完全可以满足汽车用高强钢的要求。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-28
  1.1 引言  12-13
  1.2 低合金高强度钢的发展  13-14
  1.3 钢的强韧化机制  14-19
    1.3.1 固溶强化  15-16
    1.3.2 沉淀强化  16-17
    1.3.3 位错及亚结构强化  17
    1.3.4 细晶强化  17-18
    1.3.5 相变强化  18-19
  1.4 形变奥氏体相变机理  19-20
    1.4.1 奥氏体变形对铁素体相变的影响  19
    1.4.2 奥氏体变形对珠光体相变和贝氏体相变的影响  19-20
  1.5 控制轧制和控制冷却技术  20-24
    1.5.1 控制轧制  20-22
    1.5.2 控制冷却  22-23
    1.5.3 控制轧制和控制冷却的发展  23-24
  1.6 钢中合金元素的作用  24-26
    1.6.1 主要元素  24
    1.6.2 微量元素  24-26
  1.7 本文研究的目的和意义  26
  1.8 本文研究的主要内容  26-28
第2章 实验方案设计  28-38
  2.1 实验材料  28
  2.2 实验设备  28-30
  2.3 热模拟方案  30-31
  2.4 热轧工艺方案  31-38
    2.4.1 热轧工艺参数  31-33
    2.4.2 热轧工艺一  33-34
    2.4.3 热轧工艺二  34-35
    2.4.4 分析测试手段  35-38
第3章 合金元素对低合金钢组织性能的影响  38-54
  3.1 引言  38
  3.2 实验结果与分析  38-51
    3.2.1 热模拟实验结果与分析  38-40
    3.2.2 合金元素对相变点的影响  40-41
    3.2.3 热轧实验结果与分析  41-51
  3.3 本章小结  51-54
第4章 控轧控冷对低合金钢组织性能的影响  54-68
  4.1 引言  54
  4.2 实验结果与分析  54-66
    4.2.1 终轧温度对实验钢组织性能的影响  54-58
    4.2.2 卷取温度对实验钢组织性能的影响  58-61
    4.2.3 变形量对实验钢组织性能的影响  61-64
    4.2.4 冷却速率对实验钢组织性能的影响  64-66
  4.3 本章小结  66-68
第5章 结论  68-70
参考文献  70-74
致谢  74

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车材料 > 黑色金属 > 钢、合金钢
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