2200MPa级低合金钢设计制备与性能研究

发布时间：2020-07-15 05:20

【摘要】：随着航空航天、国防、能源等国民经济建设和重大高新技术领域对超高强度钢需求的不断提高,兼具高韧性、优异的焊接性能和抗高速冲击能力于一体的超高强度钢成为钢铁发展方向。本文以此为目标,开发了新型2200MPa级高强韧低合金钢,取得重要研究成果如下:1.成功设计并制备出30Cr2NiSi2Mn2Mo新型低合金超高强度钢,抗拉强度高达2200MPa,延伸率8.4%,断面收缩率34%,-40℃冲击功13J,实现了超高强度与韧性的优异结合与跨越提升。成本与2000MPa级低合金钢相当,低于2000MPa级马氏体时效钢和二次硬化钢。2.系统研究了奥氏体化温度和回火温度对新型低合金超高强度钢30CrNiSi2Mn2Mo组织与力学性能的影响。奥氏体化温度升高,30CrNiSi2Mn2Mo钢的强度和硬度先升高后降低,低温冲击韧性持续增加;回火温度升高,强度和硬度下降,低温冲击韧性在300℃～400℃C回火温度区间骤然下降,出现马氏体回火脆性。最佳热处理工艺为920℃ X lh+油淬+200℃ ×2h+空冷。3.研制的新型低合金超高强度钢30Cr2NiSi2Mn2Mo具有优异的焊接性能。热处理后焊缝强度高达2100MPa。4.研制的新型低合金超高强度钢30Cr2NiSi2Mn2Mo具有优异的抗高速冲击防护性能,优于代表国际领先水平的法国高硬度装甲钢MARS 240。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.33
【图文】：

超高强度钢,低合金,高压容器,防弹钢板

助推器、高压容器、防弹钢板以及高压容器等领域Ｗ。逡逑超高强度钢按合金含量分为低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高逡逑强度钢（马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢等［３＿６］）三类，如图１．２所示。但随着社会的发逡逑展，新型先进超高强度钢也应运而生，为超高强度钢的发展提供了方向。逡逑逦邋ｏ邋Ｎａｎｏｂａｉｎｉｔｅ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑４０逦＾＇逦ｏ邋Ｍａｒａｇｉｎｇ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑３５邋—逦ｉｆｌｔｏ＇．、逡逑ｏ邋Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＾邋３０邋—逦？逦0邋ＴＲＩＰ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＾逦＃逦ｘ逦0邋Ｑ＆Ｐ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑■２邋２５邋—逦＃逦＃邋0邋０邋．逦ｏ邋Ｎａｎｏｔｗｉｎｎｅｄ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑｜２0＿邋０逦ｉ邋＼邋ｎｅｅｄｔｏｂｅｄｅｓ．ｇｎｅｄ邋0邋Ｍａｒａｇｉｎｇ－ＴＲＩＰ邋Ｓｔｅｅｌ逡逑＼逦＾0邋Ｈｉｙ．邋Ｓｐｅｃｉｆ邋ｃ邋Ｓｔｃ邋■邋ｙｒｉ邋ＳｔＧｃ邋ｌ逡逑Ｅ邋１５邋－逦00逦？邋Ｈｉｇｈ邋Ｅｎｔｒｏｐｙ邋Ａｌｌｏｙ逡逑Ｓ逦．邋°邋ｆ邋Ｐ邋0邋＼逦Ａ逦？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｌａｍｅｌｌａ邋Ｔｉ逡逑５＿逦－＾ｓｔｅｎ逡逑０邋Ｈ邋｜邋ｉ逦｜—＂邋ｉ邋｜邋ｉ邋｜邋ｉ邋｜逦？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｍｏ邋Ａｌｌｏｙ逡逑５００逦１０００逦１５００逦２０００逦２５００逦？邋Ｎａｎｏｔｒｕｃｔｕｒｅｄ邋Ｃｏ邋Ａｌｌｏｙ逡逑Ｙｉｅｌｄ邋Ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋（ＭＰａ）逡逑图１．２钢的分类ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔｅｅｌｓ邋［７］逡逑１．２．１低、中合金超高强度钢逡逑低合金超高强度钢的合金元素总量不超过５％

反极图,铁素体晶粒,低合金钢,反极图

２２００ＭＰａ级低合金钢设计制备与性能研宄逡逑料截然相反。材料分层或者开裂会导致结构的各向异性，晶粒和第二相沿着乳制方向逡逑调整，在具有超细、长铁素体晶粒（图１．３所示）的ｂＣＣ超高强度钢中发现梞性与温度呈逡逑反比例现象。在纳米碳化物增强的超细长铁素体晶粒中，沿彳１００丨解理面分裂造成分逡逑层现象阻碍裂纹分支的形成，从而实现韧性的改善。当温度处于６０°Ｃ￣－６（ＴＣ，钢的屈逡逑服强度增大，韧性提高。该低合金超高强度钢在－２００°Ｃ的屈服强度仍高达２２００ＭＰａ，逡逑延伸率＞１０％，断面收缩率＞３５％。因此，组织结构设计也是设计新型超高强度钢的逡逑新方法。逡逑ｍ邋，Ａ逡逑气邋１逡逑＊逦ＡＪ逡逑＿邋ＷＲＤ逦，逦＂邋ｌＯＯｎｒｎ邋00Ｔ邋．榞巧邋１逡逑图１．３低合金钢５０（ＴＣ回火后超细场的铁素体晶粒及第二相．（ａ）ＥＢＳＤ质量图；（ｂ）纳米尺度碳化物逡逑在基体中析出的ＴＥＭ图；（ｃ）沿轧制方向的反极图［３８］逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ邋ｅｌｏｎｇａｔｅｄ邋ｆｅｒｒｉｔｅ邋ｇｒａｉｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ邋ｉｎ邋ｌｏｗ邋ａｌｌｏｙ邋ｓｔｅｅｌ邋ｔｅｍｐｅｒｅｄ邋ａｔ邋５００°Ｃ．邋（ａ）逡逑Ｉｍａｇｅ－ｑｕａｌｉｔｙ邋ｍａｐ邋ｔｈａｔ邋ｗａｓ邋ｔａｋｅｎ邋ｂｙ邋ＥＢＳＤ；邋（ｂ）邋ＴＥＭ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｉｚｅｄ逡逑ｃａｒｂｉｄｅｓ邋ｗｉｔｈｉｎ邋ｔｈｅ邋ｅｌｏｎｇａｔｅｄ邋ｇｒａｉｎ邋ｍａｔｒｉｘ；邋（ｃ）邋Ｉｎｖｅｒｓｅｐｏｌｅ邋ｆｉｇｕｒｅ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ逡逑２00９年

快速傅里叶变换,原子图像,原子序,物高

非常低的晶格错配度以及高的异相界面能量。在强度增加的同时，并没有牺牲塑性。逡逑低错配度（０．０３±０．０４％）降低了析出相的形核障碍，使得具有高密度（１０２４ｍ，及小尺寸逡逑（２．７±０．２ｎｍ）的纳米相（图１．６）更加稳定。而环绕在析出相周围的最小弹性错配应变并逡逑没有对位错的交互作用产生过多的影响，但是却可以显著的增加强度。逡逑ｍｍ逡逑ｂ逦ｄ逦＿逡逑图１．６邋Ｂ２相析出物高分辨的ＨＡＡＤＦ邋ＳＴＥＭ图像和ＡＰＴ三维重构数据．（ａ）＜００］＞方向的有序逡逑Ｂ２相以及快速傅里叶变换图像；（ｂ）周期原子序列；（（：）＜１丨０＞方向的原子图像及快速傅里叶变换图逡逑像；（ｄ）快速傅里叶变换图像的薄片［４１］逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ＨＡＡＤＦ邋ＳＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｎ邋ＡＰＴ邋ｄａｔａｓｅｔ逡逑ｃｏｎｆｉｎｎｉｎｇ邋ｔｈｅ邋Ｂ２邋ｎａｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｆｕｌｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，邋（ａ）邋ＳＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ逡逑（００１）邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋ｒｅｖｅａｌｉｎｇ邋Ｂ２邋ｏｒｄｅｒｉｎｇ，邋ａｌｏｎｇ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｉｎｓｅｔ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ＦＦＴ邋（ｆａｓｔ邋Ｆｏｕｒｉｅｒ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）逡逑ｐａｔｔｅｒｎｓ；邋（ｂ）邋Ｃｌｏｓｅ－ｕｐ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ａ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｐｅｒｉｏｄｉｃ邋ａｔｏｍｉｃ邋ｃｏｌｕｍｎｓ；邋（ｃ）邋Ａｔｏｍｉｃ邋ｉｍａｇｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ逡逑（１１０）

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