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低碳马氏体钢中（Ti，Mo）C析出行为及其强韧性研究

作　者: 韩赟
导　师: 董瀚
学　校: 钢铁研究总院
专　业: 材料学
关键词: 低碳马氏体 纳米析出相 亚结构 高强度 高韧性 韧脆转变
分类号: TG142.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


低碳马氏体钢由于碳的固溶强化、位错强化等作用通常具有较高的强度。碳化物析出强化可以进一步提高低碳马氏体钢的强度,多年来Mo2C、VC等碳化物的强化作用已经得到充分研究。但是,直接淬火及回火时低碳马氏体钢中TiC类碳化物的析出行为及其强化作用研究较少。本文通过SEM、TEM、EBSD以及萃取相分析等试验方法,研究低碳马氏体钢中(Ti,Mo)C纳米析出相在不同工艺中的析出行为及其对力学性能的影响,为提高低碳马氏体钢的强韧性提供理论依据。利用TEM、相分析并结合热力学、动力学计算等方法,定量研究了(Ti,Mo)C在不同工艺过程中各个阶段析出尺寸、数量及控制因素。研究发现,低碳马氏体钢中(Ti,Mo)C碳化物析出包括两个主导性的阶段：在奥氏体区析出鼻尖温度至大概850℃之间进行变形,可以获得大量5-36nm的纳米析出相,Ti析出量大概达到47.0%；再加热过程进入奥氏体区及随后的奥氏体区保温过程中,奥氏体中会继续析出大量5-18nm的析出相,Ti析出大概为33.0%到46.6%之间。利用SEM、TEM、EBSD等方法,研究了组织演变及(Ti,Mo)C对晶粒细化的作用。研究发现,试验钢中(Ti,Mo)C对a/γ界面移动阻碍作用很小,但在奥氏体长大过程中钉扎晶界,成为晶粒细化的主要原因。添加Ti、Mo试验钢中马氏体板条明显变短,相邻板条块位向差增大。低温奥氏体未再结晶区轧制后马氏体组织扁平化,试样中储存的形变能可以显著增加奥氏体形核驱动力及形核率,且变形后亚结构位向关系的改变促进了再加热后位向关系的遗传,再加热后晶粒尺寸得到更进一步的细化。系统研究了(Ti,Mo)C析出相及组织遗传对低碳马氏体钢强韧性的影响。利用(Ti,Mo)C及组织遗传对再加热后晶粒细化、强化方式改变,获得了1000-1700MPa高强度低碳马氏体钢,其冲击吸收能量较常用低碳马氏体钢有明显提高,(Ti,Mo)C析出相的晶粒细化作用使低碳马氏体钢的韧脆转变温度降低。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-29
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 低碳马氏体钢的应用  12-14
    1.2.1 低碳马氏体钢在交通运输中的应用  12-13
    1.2.2 低碳马氏体钢在矿山机械中的应用  13-14
  1.3 低碳马氏体钢强度、韧性的获得  14-18
    1.3.1 提高钢强度的方法  14-16
    1.3.2 提高钢韧性的方法  16-18
  1.4 TMCP技术在低碳马氏体中的应用  18-20
    1.4.1 控制轧制  19-20
    1.4.2 控制冷却  20
  1.5 微合金技术的应用  20-27
    1.5.1 微合金化元素的作用  21-23
    1.5.2 Ti的作用  23-24
    1.5.3 Mo的作用  24-27
  1.6 本文拟采用的技术路线  27-28
  1.7 本文主要研究目的及内容  28-29
第二章 试验材料与研究方法  29-35
  2.1 试验材料  29
  2.2 研究方法  29-35
    2.2.1 微观组织观察  29-31
    2.2.2 力学性能测试  31-32
    2.2.3 相分析  32-33
    2.2.4 位错密度测量  33
    2.2.5 断口分析  33-35
第三章 低碳马氏体钢中纳米析出相析出行为  35-77
  3.1 引言  35
  3.2 热力学计算  35-38
    3.2.1 Ti含量对析出相固溶度影响  35-36
    3.2.2 C含量对析出相固溶度影响  36-37
    3.2.3 Mo对析出相固溶度影响  37-38
  3.3 纳米析出相的析出行为  38-70
    3.3.1 C-Mn-Ti系钢中纳米析出相的析出行为  39-43
    3.3.2 C-Mn-Ti-Mo系钢中纳米析出相的析出行为  43-47
    3.3.3 C-Mn-Ti-Mo系钢应力松弛行为及其析出动力学  47-54
    3.3.4 轧制参数对(Ti,Mo)C纳米析出相析出行为的影响  54-70
  3.4 分析与讨论  70-75
    3.4.1 Mo对TiC粒子熟化的影响  70-72
    3.4.2 (Ti,Mo)C纳米析出相析出规律  72-75
  3.5 本章主要结论  75-77
第四章 低碳马氏体钢组织演变及(Ti,Mo)C对晶粒细化的影响  77-121
  4.1 引言  77
  4.2 试验钢热变形行为研究  77-83
    4.2.1 再结晶模型  77-80
    4.2.2 试验钢动态再结晶行为  80-83
  4.3 低碳马氏体钢的组织演变  83-103
    4.3.1 Ti-Mo对试验钢组织演变及晶粒细化的影响  83-87
    4.3.2 预回火对试验钢组织演变及晶粒细化的影响  87-89
    4.3.3 轧制参数对试验钢组织演变及晶粒细化的影响  89-103
  4.4 纳米析出相对奥氏体逆相变的作用  103-111
    4.4.1 相场变量  105
    4.4.2 相场控制方程  105-106
    4.4.3 模拟条件与参数  106-108
    4.4.4 模拟实验结果  108-111
  4.5 纳米析出相对奥氏体晶粒长大控制作用  111-120
    4.5.1 不同成分系中纳米析出相作用  111-115
    4.5.2 不同轧制参数下纳米析出相的作用  115-120
  4.6 本章主要结论  120-121
第五章 低碳马氏体钢力学性能及其强韧化机制  121-149
  5.1 引言  121
  5.2 低碳马氏体钢力学性能  121-133
    5.2.1 Ti-Mo对低碳马氏体钢力学性能影响  122-124
    5.2.2 轧制温度对低碳马氏体钢钢力学性能影响  124-130
    5.2.3 轧制道次变形量对低碳马氏体钢力学性能影响  130-132
    5.2.4 Ti-Mo低碳马氏体钢与其他高强钢性能的比较  132-133
  5.3 低碳马氏体钢强韧化机理  133-146
    5.3.1 强化机理  133-140
    5.3.2 韧化机理  140-146
  5.4 本章主要结论  146-149
第六章 全文主要结论  149-151
参考文献  151-161
攻读博士学位期间发表的学术论文  161-163
致谢  163

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 钢 > 钢的组织与性能
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