热处理工艺对高强无碳贝氏体钢韧性影响研究课件

1、课题背景课题背景实验设计及预期目标实验设计及预期目标41235课题研究的内容课题研究的内容本课题的研究意义本课题的研究意义课题背景课题背景 高强钢的发展： 珠光体+铁素体双相钢（500550MPa）马氏体钢（强度以损失韧性和焊接性为代价）贝氏体钢（综合力学性能优异） 高强度低碳贝氏体钢被公认为21世纪钢种，国外在20世纪80年代才开始进行研制。该钢种含碳量较低，塑韧性与普通低合金钢相比更加优异，其应用范围广泛，可用于石油管线、舰船、大型结构件及海洋设施等方面；国内外高强贝氏体钢的相关研究国内外高强贝氏体钢的相关研究 国内对无碳贝氏体的研究主要是： 清华大学方鸿生教授突破了空冷贝氏体钢必须加入M

2、o和限于以低碳为主的传统设计思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn-B系列贝氏体钢； 西北工业大学的康沫狂在贝氏体钢中加入Si、Al阻碍碳化物析出的元素，保证在很大冷速范围内获得，贝氏体铁素体+残余奥氏体=准贝氏体（无碳化物）的新型准贝氏体钢； 国内对低碳贝氏体钢的研发大部分停留在试验研究阶段，只有个别厂家成功生产出性能优良、成本低廉的低碳贝氏体钢板。国内外无碳贝氏体钢的研究国内外无碳贝氏体钢的研究 国外对高强贝氏体的研究主要是： 美国Tuskegee大学开发的低碳贝氏体钢轨钢，其极限强度、屈服强度、延伸率分别为1500MPa、1100MPa和13，比相同条件下的珠光体钢性能要高，且具有良

3、好的断裂韧性(KIC=150MPam1/2)，其值是相同条件下珠光体钢断裂韧性的1.5倍。 国外在2004年以来已经开发出新型无碳化物超高强度贝氏体钢（2000Mpa），其显微组织是由厚度在2040nm范围的BF板条与残余奥氏体薄膜交替排列而成，该种钢细化后的组织甚至可以同碳纳米管相媲美；本课题的研究意义本课题的研究意义 迄今为止，尽管已经研制出多种新型的低合金超高强度贝氏体钢且其韧性有一定程度改善，但提高幅度并不明显，为增加低碳高强度贝氏体钢的韧性，人们在满足抗拉强度设计目标的前提下不断地进行着优化强韧性结合的研究。 而且，目前国外在无碳贝氏体钢的研究和产品应用方面都要领先于国内，相关无碳贝

4、氏体钢的性能比国内同类产品也要优异的多。 本课题的研究意义本课题的研究意义 本课题研究制备高强无碳贝氏体的成分体系和工艺体系，以及探讨热处理工艺对其韧性影响规律具有重要的实际意义：A.相比传统的贝氏体钢而言，无碳贝氏体钢属于一种新型的贝氏体钢，综合性能优异，有很大的应用前景；B.目前国内研究粒状贝氏体钢，贝氏体/马氏体复相钢等方面的工作远远多于无碳贝氏体钢；C.对于无碳贝氏体钢的研究，大多数研究方向集中在设计钢的合金成分，而热处理制度对高强无碳贝氏体钢性能影响的研究相对较少，有的研究热处理对无碳贝氏体钢的影响时，直接从铸锭切割试样，未设计轧制工艺步骤；课题研究的内容课题研究的内容 高强无碳贝氏

5、体钢 对实验样品的检测，包括组织形态，力学性能等，主要研究不同热处理制度对其韧性性能的变化规律；成分体系工艺体系一、无碳贝氏体钢的合金成分：低合金超高强度贝氏体钢的晶粒细化与韧性提高康沫狂试样最终组织为：试样最终组织为：致密的铁素体板条束致密的铁素体板条束+体积分数为体积分数为14%左右的左右的ARTheoretical design and advanced microstructure in super high strength steels创新点前本实验热处理后组织： 75%BF + 富碳残余奥氏体 Toughness deterioration in advanced high st

6、rength bainitic steels C：0.210.35%，低的碳含量可以减少对钢韧性有很大影响的渗碳体形成，可焊性好，太低则影响A的稳定性，使其在高温转变区易发生铁素体转变，故也不能太低； Si：1.52.0%，抑制贝氏体转变和随后的回火过程中形成脆性渗碳体等碳化物，Si在渗碳体中的溶解度非常低并能强烈阻止从奥氏体中析出渗碳体； Mn：1.52.5%；保证设计钢在空冷条件下获得贝氏体； 少量其它合金元素Ni、V、Ti、Cr、Mo等。总结无碳贝氏体钢的合金设计成分二、实验的工艺设计： 贝氏体既有珠光体转变的某些特征，又有马氏体转变的某些特征，这给贝氏体带来复杂的相变性质和多样的组织形

7、态。 影响贝氏体组织形态的除内在因素诸如钢的化学成分和母相组织以外，热加工工艺热加工工艺也是至关重要的。因而研究热处理工艺对高强贝氏体钢组织和性能的影响具有重要的理论和实际意义。两种制备高强无碳贝氏体钢的工艺设计加速冷却：70/S热轧：终轧温度（900）40mm12mm600500空冷获得目标组织热处理后组织： 75%BF+富碳残余奥氏体Theoretical design and advanced microstructure in super high strength steels钢锭加热到900正火空冷至室温分别在200、300、400、500、600回火正火和低温回火获得的微观组织为

8、：无碳贝氏体；500回火：奥氏体分解，冲击韧性下降；回火温度对新型贝氏体钢组织和性能的影响本实验的实验设计本实验的实验设计真空炉熔炼制备实验样品铸锭的奥氏体化不同冷速到贝氏体转变温区冷却制度（水、油或空冷）得到设计的组织（无碳化物贝氏体等）回火处理合金设计性能测试热轧 轧制工艺从开轧温度、轧制道次、每道次压下量、轧制速度以及终轧温度等方面进行参数设计； 热处理制度主要从钢锭热轧后的冷却制度（空冷或者风冷）以及回火工艺等方面进行参数设计；分析讨论预期目标预期目标 组织目标： 最终制备的无碳贝氏体钢组织构成为： BF+薄膜状富碳残余奥氏体钢中不存在碳化物和不稳定的钢中不存在碳化物和不稳定的块状块状

9、残余奥氏体残余奥氏体，残余奥氏体只以薄膜，残余奥氏体只以薄膜形式出现，残余奥氏体以薄膜状形形式出现，残余奥氏体以薄膜状形式存在于式存在于BF板条间。是材料在断裂板条间。是材料在断裂时吸收更多的能量，提高钢的韧性时吸收更多的能量，提高钢的韧性 性能目标：1.强度： 达到高强钢的要求（1000MPa左右）；2.延伸率： 10% ；3.冲击韧性： 100J，较热处理之前有一定提高，且根据热处理制度的不同有一定的规律；4.相较其他钢种（回火马氏体钢）有更好的强韧性 配合；时间安排时间安排时间时间内容内容2011.052011.06查阅文献资料，了解国内外关于高强无碳贝氏体钢方面的研究成果和现状，确定研究方向。2011.062011.07制定实验方案，完成开题报告。2011.09