550-690MPa級高強韌低屈強比結(jié)構(gòu)鋼開發(fā)及抗斷能力研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究的550/690MPa級高強韌低屈強比結(jié)構(gòu)鋼，采用低碳成分設計，添加適量Mo、Cr、Cu、Nb、Ti等合金元素，通過弛豫緩冷和控軋控冷工藝獲得硬相貝氏體和軟相鐵素體的復合組織，確保鋼板具有優(yōu)異的綜合力學性能和焊接性能，同時具有較低屈強比。研究了鋼種成分-工藝-組織-性能之間的內(nèi)在關系，重點研究了回火工藝、冷卻工藝、夾雜物和M/A島尺寸數(shù)量對組織和力學性能尤其是屈強比的影響規(guī)律，探討了高強韌貝氏體和鐵素體雙相鋼中孔洞萌生聚合機

2、制以及韌性斷裂機制。
　　實驗室研究確定了550/690MPa高強韌低屈強比結(jié)構(gòu)鋼的化學成分體系以及軋制冷卻工藝?；瘜W成分采用低碳設計，輔以適量Mo、Cr、Cu、Nb、Ti等合金元素。采用兩階段控制軋制，第Ⅰ階段軋制在奧氏體完全再結(jié)晶區(qū)軋制，采用高溫大壓下，道次壓下量控制為20-35mm，終軋溫度不低于1000℃。第Ⅱ階段軋制在奧氏體非再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制開始溫度不高于980℃，終軋溫度控制在800-880℃，最后三道次壓下率不低于

3、35％。開冷溫度為750-800℃，返紅溫度控制為300-550℃。
　　采用TMCP工藝實現(xiàn)了550/690MPa級高強韌低屈強比結(jié)構(gòu)鋼的工業(yè)化試制，鋼板具有優(yōu)異的強韌性匹配和較低的屈強比，綜合性能優(yōu)良。鋼板組織以貝氏體為主，含有少量鐵素體和M/A島，位錯密度較高，析出相細小且分布均勻，確保鋼板具有良好的綜合力學性能。
　　工業(yè)性鋼板焊接試驗結(jié)果表明，鋼板焊接冷裂紋傾向較小，焊接熱影響區(qū)沒有軟化現(xiàn)象，抗熱裂紋能力較強，焊縫

4、和熱影響區(qū)的低溫沖擊韌性較高。隨著焊接線能量增加，熱影響區(qū)組織粗化，低溫沖擊下降，當線能量不大于40kJ/cm時，焊接粗晶熱影響區(qū)具有優(yōu)異的低溫沖擊韌性，具有優(yōu)良的焊接性能，已具備工程應用條件。
　　回火溫度對組織結(jié)構(gòu)和性能之間的關系具有決定性作用。隨回火溫度提升，屈服強度基本保持穩(wěn)定，抗拉強度和沖擊功下降，伸長率和屈強比提高。隨回火溫度提升，板條貝氏體合并長大甚至呈塊狀，M/A島逐漸分解，位錯密度下降。600℃回火時，有單獨ε-

5、Cu相和含Cu的復合相析出，此時強度出現(xiàn)峰值，但沖擊韌性較差。較低的回火溫度可獲得高強度、高韌性和低屈強比的鋼。
　　開冷和終冷溫度對各相體積分數(shù)和尺寸大小具有明顯影響，從而影響力學性能。降低開冷溫度增加鐵素體和M/A島體積分數(shù)，降低強度和屈強比;降低終冷溫度增加M/A島體積分數(shù)，細化貝氏體組織，提高強度，但不利于控制低屈強比;同時降低開冷和終冷溫度，屈服強度下降，抗拉強度先升后降，而屈強比則呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。鐵素體體積分數(shù)是影響

6、屈強比的最重要因素。為了獲得550/690GJ鋼優(yōu)良的綜合性能，在工業(yè)性生產(chǎn)中，開冷溫度應為750-780℃，終冷溫度應為260-440℃。
　　鋼中夾雜物以及M/A島的大小和數(shù)量對鋼的力學性能具有顯著影響。即屈服強度與孔洞萌生沒有明顯關系;夾雜物尺寸越大，孔洞越早發(fā)生，抗拉強度和均勻伸長率越小，屈強比也就越高;隨著夾雜物和M/A島尺寸減小，總伸長率增加，其吸收地震能量也增大，鋼材抗震性能增強。鋼中夾雜物和M/A島尺寸大小、數(shù)量是