高强度低合金钢晶体学特征及其成分-工艺-性能关系研究
发布时间：2021-09-29 13:16
海洋平台、桥梁、建筑、机械等工程建设对高强度低合金钢的需求越来越强烈,并且对强度和韧性的要求越来越高,而相变是决定高强度低合金钢性能的关键因素,因此本文针对低碳低合金钢的相变行为及对力学性能的影响展开系统研究。采用组织定量化和可视化的晶体学表征方法研究成分和工艺对组织和性能的影响,从晶体学和热力学角度研究了钢的fcc相向bcc相转变的机理及对力学性能的影响,并以此为依据,提出满足高强度低合金钢强韧化和可焊性的合金设计思路。首先,研究了工艺因素对变体组织的影响,发现孪晶关系变体对V1/V2是大角晶界密度的主要来源,对提高低温冲击韧性具有贡献。工业用高强度特厚板的心部性能低于表面的原因在于形成了粒状贝氏体组织,主要以形成V1/V4和V1/V8等构成小角晶界的变体对为主;而表面形成板条马氏体/贝氏体,具有较高密度的V1/V2变体对和大角晶界。采用降低奥氏体化温度细化奥氏体晶粒,实现了淬火马氏体强度和韧性的提高,研究也表明原奥氏体晶粒从15 μm细化至6.4 μm后,原奥氏体晶粒内的packet单元数目减少,形成了较多平行排列block单元。强韧性的提高不仅与原奥氏体晶粒细化相关,而且还来自于...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１典型协变相变组织示意图ＶＩ??－３?－??
?北京科技大学博士学位论文???ｐａｃｋｅｔ。国内外大量的研究［３（Ｋ３４］表明，ｐａｃｋｅｔ单元的尺寸被认为对强度和初性??有贡献的有效晶粒尺寸。Ｍｏｒｉｔｏ等人ｆ３５］发现，细化ｐａｃｋｅｔ尺寸可以有效提高??低温韧性。Ｍｏｒｒｉｓ等人观察到马氏体ｐａｃｋｅｔ边界在氢致裂纹扩展中对裂纹??起到了偏折作用，如图２－２所示。??■ｐＦ??：４??图２－２马氏体钢中ｐａｃｋｅｔ边界对氢致开裂裂纹的偏折作用??Ｃａｂａｌｌｅｒｏ和Ｂｈａｄｅｓｈｉａ等人［３６＿３７］通过低温等温处理，设计出超细晶纳米??贝氏体钢获得了纳米级的超细化板条组织，以及大量的薄膜状残余奥氏体，??具有２．５ＧＰａ的抗拉强度，如图２－３所示。Ｃａｂａｌｌｅｒｏ等人［３８］还优化了合金成??分，实现了空冷工艺下的纳米贝氏体钢的转变，达到１８００ＭＰａ的强度和１５％??的延伸率。国内外许多学者［３９４４］也对等温转变展开了大量的研究，其中，??Ｂｏｈｅｍｅｎ等人通过对Ｍｓ温度以下的等温转变进行动力学分析，发现马氏??体最早形成，随后奥氏体以稳定的速率分解，与Ｍｓ温度以上的贝氏体转变相??似，因此证明了?Ｍｓ温度以下的贝氏体等温转变的存在。设计出Ｍｓ温度以下??的等温贝氏体转变，得到了纳米级别的ｌａｔｈ组织和薄膜状残余奥氏体，具有??明显高于＾／［５温度以上等温贝氏体转变组织的强度和軔性。??＿??图２－３?ＴＥＭ下观察的纳米贝氏体钢的组织（２００°Ｃ下保温１５天获得）??－７?－??
?北京科技大学博士学位论文???（ｂ）?５７？＜３３１＞?４８?＾３１＊?９Ｖ４３２＞?５９?＜广＞??图２－４晶界对裂纹的偏折作用（ａ）和不同取向差的晶界对裂纹扩展的阻碍现象（ｂ）??除了在脆性断裂上起到阻碍裂纹扩展的作用，在初性断裂上大角晶界仍??然起着不可忽视的作用。随着表征技术的进步，近年来在微观组织力学行为??的研究揭示了马氏体组织的变形行为。Ｄｕ等人［５２］的研究表明，ｂｌｏｃｋ和ｓｕｂ？??ｂｌｏｃｋ?界面在钢的变形过程中起到阻碍位错运动的作用；?而更早之前?Ｍｉｎｅ?等??人［５３］的研究也己经表明ｂｌｏｃｋ界面在阻碍位错滑移的作用，还发现了?ｐａｃｋｅｔ??界面能够遏制塑性变形的传递。??夏佃秀等人［５４］通过控制成分和轧制工艺优化，开发出以铁素体和贝氏体??为主，兼有少量弥散分布Ｍ／Ａ岛和析出相的Ｘ９０级第三代管线钢，具有极??佳的强度、韧性和塑性匹配。如图２－５所示，其中的硬相组织为板条贝氏体??组织，产生不同取向的板条束，有利于提高钢板的韧性；而软相－铁素体的分??布，则可以起到协调变形的作用。其中得到足够高的强度和初性的关键在于??贝氏体组织具备高密度大角晶界。??圓＿??■??图２－５Ｘ９０管线钢组织：（ａ）轧制表面；（ｂ）横向组织；（ｃ）纵向组织；（ｄ）纵向组??织ＳＥＭ图像??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of boron on bainitic transformation kinetics after ausforming in low carbon steels[J]. Binbin He,Wei Xu,Mingxin Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(12)
[2]美国航母结构用钢情况分析[J]. 康美泽,马英华. 船舶标准化与质量. 2016(01)
[3]高强度钢在潜艇应用中的若干重要问题综述[J]. 杨建明,张新宇,刘朝骏. 中国舰船研究. 2016(01)
[4]感应回火对1000 MPa级高强度低合金钢碳化物析出行为及韧性的影响[J]. 房玉佩,谢振家,尚成嘉. 金属学报. 2014(12)
[5]摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥主梁设计[J]. 胡秋贵,石建华. 交通科技. 2014(03)
[6]合金元素Al对微B处理特厚钢板淬透性及力学性能的影响[J]. 潘涛,王小勇,苏航,杨才福. 金属学报. 2014(04)
[7]X90级别第三代管线钢的力学性能与组织特征[J]. 夏佃秀,王学林,李秀程,由洋,尚成嘉. 金属学报. 2013(03)
[8]培育壮大我国的海洋工程装备制造业[J]. 陈明义. 发展研究. 2011(05)
[9]高Nb X80管线钢焊接热影响区显微组织与韧性[J]. 缪成亮,尚成嘉,王学敏,张龙飞,Mani Subramanian. 金属学报. 2010(05)
[10]航空母舰用厚钢板的发展现状[J]. 麻衡,李中华,朱小波,耿超. 山东冶金. 2010(02)
博士论文
[1]高性能海洋工程用钢焊接物理冶金行为研究[D]. 王学林.北京科技大学 2018
[2]第三代管线钢的焊接性能研究[D]. 李学达.北京科技大学 2015
本文编号：3413771
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１典型协变相变组织示意图ＶＩ??－３?－??
?北京科技大学博士学位论文???ｐａｃｋｅｔ。国内外大量的研究［３（Ｋ３４］表明，ｐａｃｋｅｔ单元的尺寸被认为对强度和初性??有贡献的有效晶粒尺寸。Ｍｏｒｉｔｏ等人ｆ３５］发现，细化ｐａｃｋｅｔ尺寸可以有效提高??低温韧性。Ｍｏｒｒｉｓ等人观察到马氏体ｐａｃｋｅｔ边界在氢致裂纹扩展中对裂纹??起到了偏折作用，如图２－２所示。??■ｐＦ??：４??图２－２马氏体钢中ｐａｃｋｅｔ边界对氢致开裂裂纹的偏折作用??Ｃａｂａｌｌｅｒｏ和Ｂｈａｄｅｓｈｉａ等人［３６＿３７］通过低温等温处理，设计出超细晶纳米??贝氏体钢获得了纳米级的超细化板条组织，以及大量的薄膜状残余奥氏体，??具有２．５ＧＰａ的抗拉强度，如图２－３所示。Ｃａｂａｌｌｅｒｏ等人［３８］还优化了合金成??分，实现了空冷工艺下的纳米贝氏体钢的转变，达到１８００ＭＰａ的强度和１５％??的延伸率。国内外许多学者［３９４４］也对等温转变展开了大量的研究，其中，??Ｂｏｈｅｍｅｎ等人通过对Ｍｓ温度以下的等温转变进行动力学分析，发现马氏??体最早形成，随后奥氏体以稳定的速率分解，与Ｍｓ温度以上的贝氏体转变相??似，因此证明了?Ｍｓ温度以下的贝氏体等温转变的存在。设计出Ｍｓ温度以下??的等温贝氏体转变，得到了纳米级别的ｌａｔｈ组织和薄膜状残余奥氏体，具有??明显高于＾／［５温度以上等温贝氏体转变组织的强度和軔性。??＿??图２－３?ＴＥＭ下观察的纳米贝氏体钢的组织（２００°Ｃ下保温１５天获得）??－７?－??
?北京科技大学博士学位论文???（ｂ）?５７？＜３３１＞?４８?＾３１＊?９Ｖ４３２＞?５９?＜广＞??图２－４晶界对裂纹的偏折作用（ａ）和不同取向差的晶界对裂纹扩展的阻碍现象（ｂ）??除了在脆性断裂上起到阻碍裂纹扩展的作用，在初性断裂上大角晶界仍??然起着不可忽视的作用。随着表征技术的进步，近年来在微观组织力学行为??的研究揭示了马氏体组织的变形行为。Ｄｕ等人［５２］的研究表明，ｂｌｏｃｋ和ｓｕｂ？??ｂｌｏｃｋ?界面在钢的变形过程中起到阻碍位错运动的作用；?而更早之前?Ｍｉｎｅ?等??人［５３］的研究也己经表明ｂｌｏｃｋ界面在阻碍位错滑移的作用，还发现了?ｐａｃｋｅｔ??界面能够遏制塑性变形的传递。??夏佃秀等人［５４］通过控制成分和轧制工艺优化，开发出以铁素体和贝氏体??为主，兼有少量弥散分布Ｍ／Ａ岛和析出相的Ｘ９０级第三代管线钢，具有极??佳的强度、韧性和塑性匹配。如图２－５所示，其中的硬相组织为板条贝氏体??组织，产生不同取向的板条束，有利于提高钢板的韧性；而软相－铁素体的分??布，则可以起到协调变形的作用。其中得到足够高的强度和初性的关键在于??贝氏体组织具备高密度大角晶界。??圓＿??■??图２－５Ｘ９０管线钢组织：（ａ）轧制表面；（ｂ）横向组织；（ｃ）纵向组织；（ｄ）纵向组??织ＳＥＭ图像??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of boron on bainitic transformation kinetics after ausforming in low carbon steels[J]. Binbin He,Wei Xu,Mingxin Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(12)
[2]美国航母结构用钢情况分析[J]. 康美泽,马英华. 船舶标准化与质量. 2016(01)
[3]高强度钢在潜艇应用中的若干重要问题综述[J]. 杨建明,张新宇,刘朝骏. 中国舰船研究. 2016(01)
[4]感应回火对1000 MPa级高强度低合金钢碳化物析出行为及韧性的影响[J]. 房玉佩,谢振家,尚成嘉. 金属学报. 2014(12)
[5]摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥主梁设计[J]. 胡秋贵,石建华. 交通科技. 2014(03)
[6]合金元素Al对微B处理特厚钢板淬透性及力学性能的影响[J]. 潘涛,王小勇,苏航,杨才福. 金属学报. 2014(04)
[7]X90级别第三代管线钢的力学性能与组织特征[J]. 夏佃秀,王学林,李秀程,由洋,尚成嘉. 金属学报. 2013(03)
[8]培育壮大我国的海洋工程装备制造业[J]. 陈明义. 发展研究. 2011(05)
[9]高Nb X80管线钢焊接热影响区显微组织与韧性[J]. 缪成亮,尚成嘉,王学敏,张龙飞,Mani Subramanian. 金属学报. 2010(05)
[10]航空母舰用厚钢板的发展现状[J]. 麻衡,李中华,朱小波,耿超. 山东冶金. 2010(02)
博士论文
[1]高性能海洋工程用钢焊接物理冶金行为研究[D]. 王学林.北京科技大学 2018
[2]第三代管线钢的焊接性能研究[D]. 李学达.北京科技大学 2015
本文编号：3413771
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