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100kg级高强煤机用钢TMCP工艺和组织特征

作 者: 程四华
导 师: 吴迪;许云波
学 校: 东北大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 高强煤机用钢 析出强化 TMCP 第二相粒子 位错强化
分类号: TG142.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 113次
引 用: 2次
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内容摘要


一直以来,国外长期使用的100kg级高强钢板一般采用高合金化、淬火加高温回火调质热处理的工艺制造。为增加钢的淬透性,必须向钢中加入大量的Cr、Mo、Ni、Cu等贵重合金元素;同时调质高强钢的热处理工艺复杂,在成本、能耗等方面缺乏优势。本文采用TMCP技术开发100kg级高强钢板,不仅在合金成本、生产工艺上具有极大优势,而且符合当前冶金行业“节能降耗”的总体发展趋势。通过研究不同TMCP工艺下实验钢的微观组织、第二相粒子析出和位错强化等规律,优化最佳的生产工艺,为工业化大生产提供必要的指导。论文的主要工作如下:(1)采用单道次压缩实验,研究了冷却速度和驰豫对组织的影响。结果表明,冷却速度在0.5℃/s~20℃/s范围内都有贝氏体组织生成。当冷却速度小于10℃/s时,主要为粒状贝氏体组织;当冷却速度为20℃/s时,以下贝氏体组织为主,出现不规则形状的M/A岛和少量板条贝氏体。冷却速度为30℃/s时,为贝氏体和马氏体的混合组织,M/A组元细小且分散。(2)通过实验室热轧实验,研究了精轧温度、终轧温度、冷却速度以及热处理等工艺对实验钢组织和性能的影响。结果表明,100kg高强钢的控轧控冷最佳工艺参数为:(a)加热温度1200℃;(b)采用两阶段控轧,一阶段开轧温度1050~1100℃,二阶段开轧温度820~890℃;(c)轧后快冷,终冷温度在200~300℃,冷速30~50℃/s。(3)扫描、透射、复型等精细组织分析表明,变形后驰豫一定时间有利于微合金元素的析出。随着驰豫时间的延长,析出物逐渐增多,且弥散化程度提高。驰豫过程中析出物有两类,一类为尺寸在50~100nm之间的Nb、Ti析出物,呈方形;另一类为细小弥散分布尺寸小于10nm的Nb析出物,呈小椭圆形。大量的弥散析出物钉扎在晶粒内部的位错线上,有利于析出强化和冲击韧性的提高。(4)设计了不同温度的回火实验,研究了回火温度对实验钢组织和性能的影响。结果表明,轧态钢板组织为典型贝氏体和马氏体板条,板条内部含有高密度的位错,板条界面为残余奥氏体或薄膜状碳化物;回火温度较低时,与轧态组织相似;随着回火温度的升高,贝氏体板条逐渐合并,开始有碳化物析出;回火温度超过600℃时,碳化物在板条界内界外大量析出,板条界退化、消失,钢板强度大幅降低。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 高强低碳贝氏体钢的国内外发展现状  10-13
  1.2 TMCP工艺及新进展  13-16
    1.2.1 TMCP工艺  13-15
    1.2.2 TMCP工艺技术的新进展  15-16
  1.3 钢中贝氏体  16-18
    1.3.1 贝氏体转变的基本特征  16-17
    1.3.2 贝氏体形态  17-18
    1.3.3 贝氏体的力学性能  18
  1.4 低碳贝氏体钢的合金成分设计  18-20
  1.5 100kg高强煤机用钢开发  20-21
  1.6 本文工作背景及研究内容  21-24
    1.6.1 本文工作背景  21-22
    1.6.2 本文研究内容  22-24
第2章 冷却速度和驰豫对相变组织的影响  24-38
  2.1 引言  24
  2.2 实验方法  24-27
    2.2.1 实验材料及装备  24-25
    2.2.2 实验方案  25-27
  2.3 实验结果及分析  27-37
    2.3.1 动态CCT曲线分析  27-29
    2.3.2 冷却速度对相变组织的影响  29-31
    2.3.3 驰豫不同时间淬火对相变组织的影响  31-35
    2.3.4 快冷后驰豫对相变组织的影响  35-36
    2.3.5 模拟在线热处理工艺(HOP)对相变组织的影响  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章 控轧控冷工艺的研究  38-56
  3.1 引言  38
  3.2 实验方案  38-39
    3.2.1 实验材料及方法  38
    3.2.2 取样和测试方法  38-39
  3.3 实验结果及分析  39-53
    3.3.1 实验室第一次热轧实验  39-44
    3.3.2 实验室第二次热轧实验  44-52
    3.3.4 讨论  52-53
  3.4 工业试验  53-54
  3.5 本章小结  54-56
第4章 精细组织与析出行为研究  56-66
  4.1 引言  56
  4.2 实验设备  56
  4.3 试样的制备  56-57
    4.3.1 扫描电镜试样的制备  56
    4.3.2 透射电镜试样的制备  56-57
  4.4 实验结果与分析  57-65
    4.4.1 SEM观察及分析  57-59
    4.4.2 TEM观察及分析  59-65
  4.6 本章小结  65-66
第5章 回火工艺的研究  66-76
  5.1 引言  66
  5.2 实验原理及方法  66-67
  5.3 实验结果及分析  67-74
    5.3.1 回火温度对力学性能的影响  67-69
    5.3.2 回火温度对组织的影响  69-70
    5.3.3 析出物的TEM分析  70-73
    5.3.4 晶界取向差分析(EBSD)  73-74
  5.4 本章小结  74-76
第6章 结论  76-78
参考文献  78-84
在学期间发表的学术论文  84-86
致谢  86

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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 > > 钢的组织与性能
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