高碳钢82B、87Si连续冷却组织转变与力学性能对比研究

发布时间：2019-06-14 07:58

【摘要】：高碳钢82B盘条是生产大规格、高强度、预应力钢绞线和钢丝绳的主要原材料。82B盘条经热处理、拉拔、镀锌等工序,生产出高强度和超高强度的钢丝绳、钢绞线,广泛应用于建筑、铁路、公路、码头等领域,是我国建筑行业不可或缺的重要原材料。国内外的专家学者都致力于提高82B盘条的强度和开发更高强度的新盘条产品,研究发现,用碳、硅元素来替代钒、镍等贵重合金元素来强化82B盘条,既能保障盘条的强度,又能有效地节约生产成本。本文以82B钢盘条为研究对象,通过提高碳、硅元素的含量来提升盘条的强度,通过改善热处理工艺来提升高碳钢82B盘条的综合性能,研发了新产品87Si钢盘条,通过研究82B和87Si钢盘条的力学性能、微观组织结构、连续冷却转变组织、不同冷却速度下盘条的硬度变化规律等来对比分析两钢种性能与组织的关系。对82B和87Si钢盘条进行力学拉伸试验研究表明,与82B钢盘条相比较,87Si钢盘条的抗拉强度提升了50MPa,延伸率下降了0.1%,断面收缩率下降了1.8%。由于碳元素能固溶在铁素体中,对盘条的强度和硬度影响最大,但是碳元素的存在也会降低盘条的塑性和韧性;当硅元素含量小于0.5%时,硅元素含量每增加0.1%,盘条的抗拉强度增加8MPa,当硅元素含量超过0.5%时,盘条的抗拉强度增幅减小;在82B和87Si钢盘条锰元素含量范围内,每增加0.1%的锰元素,盘条的强度会提升约10MPa。87Si钢盘条比起82B钢盘条,强度明显上升,塑性略有下降,是碳、硅、锰等元素共同作用的结果。在金相显微镜下观察82B和87Si钢盘条的微观组织,白色组织为珠光体,灰暗色组织为索氏体,通过金相分析软件Image tools对索氏体含量进行统计,发现82B钢的索氏体含量约为89%,87Si钢的索氏体含量约为90%,主要是碳、硅元素的增多,产生了更多的铁素体和渗碳体,在珠光体相变过程中生成了更多的索氏体。在扫描电镜下观察82B和87Si钢盘条的索氏体片层,82B钢盘条的索氏体平均片层间距为162.6nm,87Si钢盘条的索氏体平均片层间距为138nm。与82B钢盘条比较,87Si钢盘条的索氏体片层间距减小了24.6nm。87Si钢盘条的索氏体片层间距减小,提高了87Si钢盘条的强度和硬度。对82B和87Si钢盘条进行热模拟试验,实验结果表明当冷速为5℃/s时,82B和87Si钢盘条的索氏体含量最高,综合力学性能最好。当冷速不超过7℃/s时,两种盘条中87Si钢盘条索氏体含量较高;当冷速为7℃/s~20℃/s时,两种盘条中82B钢盘条索氏体含量较高;当冷速为5℃/s时,马氏体组织开始出现;当冷速在5℃/s~7℃/s时,两种盘条中82B钢盘条马氏体含量较高;当冷速在7℃/s~20℃/s时,两种盘条中87Si钢盘条马氏体含量较高。在低冷速下,87Si钢盘条生成更多的索氏体,在高冷速下,87Si钢盘条生成更多的马氏体。与82B钢盘条相比,87Si钢盘条各冷速下的珠光体相变开始转变温度比82B钢盘条的珠光体的相变开始转变温度要低,87Si钢盘条的CCT曲线相比于82B钢盘条向左下方偏移。将热模拟实验后的82B和87Si钢盘条试样置于维氏硬度计下进行硬度实验,随着冷速的增大,82B和87Si钢盘条的硬度增高。当冷速为5℃/s时,82B钢盘条的硬度值为409.4HV,87Si钢盘条的硬度值为418HV。根据维氏硬度和抗拉强度的对应关系来换算,82B钢盘条的抗拉强度为1318.8MPa,此冷速下的热模拟试样强度比在线生产的82B盘条强度提升44.8MPa,87Si钢盘条的抗拉强度为1344MPa,此冷速下的热模拟试样强度比在线中试生产的87Si盘条强度提升了20MPa。
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【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG356.45;TG161

【参考文献】