700MPa级海洋平台用钢成分、组织与性能的研究

发布时间：2020-02-23 15:39

【摘要】：随着海洋开发的快速发展,对高强度海洋平台用钢需求越来越大。研发出具有高强度、高韧性、低成本的具有竞争力的新钢种是国内各钢厂追求的目标,EQ70海洋平台用钢应运而生。Ni含量为2.10%的1#EQ70作为最新研发的低合金高强度调质钢,其热力学数据和动力学特性曲线等缺乏；虽然它的力学性能都能满足要求,但是,作为板材,其横、纵向冲击功差异较大,不能满足用户的要求。因此,本文在1#EQ70钢成分的基础上,设计了四组Nb含量不同的钢,围绕着减少横纵向冲击性能差异、降低生产成本开展了一系列轧制工艺及热处理方式的研究。 本文应用Thermo-Calc热力学软件,对实验用钢的平衡析出相以及析出相中各组元随温度的变化关系进行了计算；应用Gleeble3800热模拟试验机对实验钢的临界相变点和静态再结晶行为进行了研究,并分别应用JMatPro软件和DIL805A热膨胀仪对其连续冷却转变曲线(CCT)进行了计算与测定。 Thermo-Calc计算结果表明,平衡状态下不同成分的EQ70钢中的平衡相种类较多,主要有铁素体、奥氏体、MX、 MnS、 M23C6、 M7C3、 AlN和NbC等相。应用Gleeble3800热模拟机测得3#钢的Ac1和Ac3分别为709和811℃,4#钢的Ac1和Ac3分别为719和840℃。 含铌实验用钢的静态再结晶开始温度约为950℃,不含Nb的实验用钢的静态再结晶温度约为900℃。CCT测定结果表明：1#EQ70钢马氏体转变开始的临界冷速是2℃/s,冷速小于2℃/s时组织全部为贝氏体,冷速大于5℃/s后组织全部转变为马氏体。 在研究得到的热力学和动力学数据的基础上,对奥氏体化温度和保温时间对横、纵向奥氏体晶粒长大行为的影响进行了研究,对Ni、Nb含量变化以及轧制和热处理工艺对实验用钢的组织和力学性能的影响进行了分析。 结果表明：奥氏体化温度低于950℃时,加热温度和保温时间对奥氏体晶粒的影响不大,所以,实验用钢调质热处理时淬火加热应在950℃以下进行。奥氏体化温度为1000℃和1050℃时,保温时间由4h增加到5h后,晶粒长大明显,这与AlN完全溶解和少量的NbC粗化有关；温度由1050℃增加到1100℃时,奥氏体晶粒的长大是因为AkN完全溶解了,并且大量NbC粗化。在850～1200℃实验温度范围内,横、纵向奥氏体晶粒尺寸差异不大,二者具有相同的长大规律,所以,奥氏体晶粒在横、纵向变形程度不一致不是引起1#实验钢的横、纵向冲击性能差异的主要因素。 经两相区淬火+回火、循环淬火+回火和调质热处理后的试样,Ni含量为2.10%的1#钢在-20～-100℃范围内的冲击功都明显高于Ni含量为1.47%的2#钢。经两相区淬火与回火热处理,1#钢的-60℃冲击功依然能满足要求,并且比调质处理后的高,-40℃时的冲击功与循环淬火后的相差不大。所以,为了保证钢的低温韧性,在设计Nb含量不同的四种钢时,Ni含量选取2.1%。 对于四种不同Nb含量的实验用钢,轧制+回火热处理后的力学性能都不能满足要求。所以,不能通过缩短生产流程来降低成本。与不加Nb的3#钢相比,加入0.02%Nb的4#钢,经轧制+回火热处理后的,其强度、韧性提高,横纵向冲击功的差异减小。Nb含量进一步增加到0.03%后,强度几乎没有变化,但是横、纵向冲击性能的差异扩大。所以,选取4#钢作为研究对象,研究了终轧温度、轧后冷速以及热处理工艺变化对其组织和力学性能的影响。 结果表明,经850℃C终轧+水冷工艺轧制,并采用两相区淬火+回火热处理,4#钢试样的综合性能最好,其横纵向冲击功差异最小,试样的冲击韧性可达到F级。与国内研发的1#钢相比,4#钢的Mo和Nb含量更低,更节约合金元素；与其调质热处理工艺相比,本研究中应用的两相区淬火与回火工艺的加热温度更低、耗能更少、加热所需时间更短；与其力学性能相比,4#钢的强度更高、塑性和韧性更好、屈强比更低,横纵向冲击功几乎没有差异,并且-60℃的冲击功仅比-40℃略小。
【图文】：

钢中残余奥氏体止裂作用示意图lisi

2.3.7 MoMo可使钢的C曲线右移从Ifi丨显著地提商钢的洋透性，其作相强于Cr Ifij次于Mn。Mo也使钢的C曲线珠光体转变部分"MW氏体转变部分发生分离，兄著抑制珠光体和铁素体转变，使其Z/i ￠/期延15：：，利于IM氏体转变的发牛.，使钢能在卞冷T获得W氏体。Mo足中强碳化物形成元素，在钢中主要以碳化物的形式存在，弥散地分布在堪体中强化搞体，提高钢的强度。似足，MofTm培加的同时，含Mo碳化物的数量也随之增多，分布在品界处的碳化物破坏/堪体的连续性，恶化钢的初性。在海湾温度发生相变时，Mo可以在W氏体铁素体和碳化物之问再分配，，从而使W氏体相变速率减慢。Mo可以通过抑制Nb的扩散来细化析出相。Uemori等[44]懫用FIM (场离子显微镜）对铁素体巾的析出相进行了研宄，发现Ti-Nb-Mo钢铁素体接体丨?.析出相尺寸较细（23nm)、数量较多。这是由于Ti-Ni-Mo钢巾的Mo原在铁素体晶界处偏析，抑制了 Nb的扩散，从Ifl丨细化丫析出相。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1

【参考文献】

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1 陈国安,杨王s

本文编号：2582216