微量Ce对低碳高锰钢显微组织和力学性能的影响

发布时间：2017-08-17 02:01

  本文关键词：微量Ce对低碳高锰钢显微组织和力学性能的影响

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【摘要】：低碳高锰钢材强度高,低温冲击韧性良好,焊接性能优异,广泛地应用于造船、工程机械零件、桥梁、采油平台等领域。随着微合金化技术和控扎控冷(TMCP)技术的发展,国内外普遍采用微合金化和TMCP技术生产低碳高锰钢材。但是,TMCP不能无限制控制压下量和冷却速度,其细晶化只能局限于某一范围。在钢中加入微合金化元素,虽可用细晶强化和沉淀强化改善低碳高锰钢材性能,但却会增加其生产成本。过量添加微合金元素将增加钢材碳当量,恶化其焊接性能和冲击韧性。为此,本文以低碳高锰钢为研究对象,用中频真空感应炉制备四组不同[Ce]含量的试样,研究微量Ce对低碳高锰钢显微组织和力学性能的影响。其研究方法和内容包括:(1)用真空感应炉制备四组不同[Ce]含量的低碳高锰钢试样,进行化学成分检测,结合现代冶金理论,分析、探讨微量Ce净化钢液的机理;(2)用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段采集实验数据,通过热力学计算与动力学分析,描述含Ce亚微米级夹杂物在钢液精炼过程中的演变机制;(3)用二维晶格错配度公式,计算不同夹杂物与钢液初生δ-Fe相的晶格错配度,定性描述含Ce亚微米级夹杂物细化显微组织的机理;(4)用力学性能实验采集的实验数据,分析、探讨微量Ce提高低碳高锰钢力学性能的作用机理。在为稀土元素在低碳高锰钢中的应用提供基础试验数据的同时,对于开发高强/韧性的低碳高锰钢材之低成本制造技术具有重要意义和实用价值。通过试验研究,本文得出以下结论:(1)钢中[Ce]含量由0%增加到0.0025%时,硫含量由0.037%降低到0.014%,氧含量由0.014%降低到0.0064%,说明Ce具有较强的脱硫、脱氧能力。(2)微量Ce可以明显细化低碳高锰钢的显微组织,当钢中Ce含量由0%增加到0.0025%时,铁素体晶粒平均尺寸由15.45μm减小到7.18μm,珠光体片层间距由0.25μm减小到0.14μm。(3)钢液中添加Ce后,大尺寸、有棱角的Al2O3夹杂物与长条状的MnS夹杂物被改性为小尺寸、类球状的含Ce夹杂物;生成的含Ce类亚微米级夹杂物可以作为δ-Fe相异质形核的有效核心,细化低碳高锰钢的显微组织。(4)随着钢中[Ce]含量的增加,低碳高锰钢的强度、塑性与冲击韧性均呈现出明显升高的趋势,Ce细化钢的显微组织及Ce对夹杂物的改性是提高低碳高锰钢力学性能的主要原因。
【关键词】：低碳高锰钢 微量Ce 亚微米级夹杂物 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 低碳高锰钢概述11-18
• 1.1.1 低碳高锰钢的应用领域及性能要求11-12
• 1.1.2 低碳高锰钢的种类12-13
• 1.1.3 低碳高锰钢的生产工艺特点13-14
• 1.1.4 低碳高锰钢的发展趋势14-15
• 1.1.5 低碳高锰钢的化学成分15-18
• 1.2 稀土在钢中的应用18-23
• 1.2.1 稀土元素的性质18-19
• 1.2.2 稀土在钢中的作用19-20
• 1.2.3 钢中稀土加入方法20-21
• 1.2.4 稀土对钢组织和性能的影响21-23
• 1.3 本课题研究目的与意义23-24
• 1.4 本课题研究内容与技术路线24-25
• 第二章 实验方法25-35
• 2.1 试验材料25-26
• 2.2 实验主要设备26-27
• 2.3 试样制备过程27-32
• 2.3.1 实验前期准备27-29
• 2.3.2 熔炼、浇铸及锻造29-31
• 2.3.3 制样31-32
• 2.4 试样分析、检测32-35
• 2.4.1 试验钢的化学成分检测32
• 2.4.2 显微组织与夹杂物的观察、表征32
• 2.4.3 力学性能测试32-35
• 第三章 实验结果35-47
• 3.1 微量Ce对钢液的洁净化作用35-36
• 3.2 微量Ce对显微组织的影响36-37
• 3.3 微量Ce对钢中夹杂物的影响37-41
• 3.3.1 微量Ce对夹杂物数量、尺寸的影响38-40
• 3.3.2 微量Ce对夹杂物成分、形貌的影响40-41
• 3.4 微量Ce对试验钢力学性能的影响41-47
• 3.4.1 微量Ce对拉伸性能的影响42-44
• 3.4.2 微量Ce对冲击性能的影响44-47
• 第四章 分析与讨论47-65
• 4.1 微量Ce改性夹杂物的的机理分析47-53
• 4.1.1 低碳高锰钢中夹杂物生成的热力学计算47-51
• 4.1.2 低碳高锰钢中改性夹杂物的动力学研究51-53
• 4.2 微量Ce实现钢液洁净化的作用机理53-57
• 4.2.1 钢液中[Ce]与[O]的热力学平衡计算54-55
• 4.2.2 钢液中[Ce]与[S]的热力学平衡计算55-57
• 4.3 微量Ce细化显微组织机理57-61
• 4.3.1 微量Ce细化铁素体晶粒尺寸的机理57-60
• 4.3.2 微量Ce细化珠光体片层间距的机理60-61
• 4.4 微量Ce改善低碳高锰钢综合力学性能的机理61-65
• 4.4.1 微量Ce改善低碳高锰钢拉伸性能的机理61-64
• 4.4.2 微量Ce改善低碳高锰钢冲击性能的机理64-65
• 第五章 结论65-67
• 附录67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75

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