CSP流程鈦微合金化高強(qiáng)鋼的開發(fā)及強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、鈦微合金化技術(shù)在CSP流程上具有良好的適應(yīng)性,研究在薄板坯連鑄連軋工藝條件下鈦微合金化鋼的冶金規(guī)律對(duì)于CSP流程鈦微合會(huì)化鋼新產(chǎn)品開發(fā)和組織性能控制具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本論文在工業(yè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)鈦微合金化高強(qiáng)度鋼的精煉工藝、夾雜物行為、鋼的組織與性能和強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與理論分析,為開發(fā)低成本高性能熱軋鈦微合金化鋼板提供了可靠的工藝基礎(chǔ)。
　　 采用轉(zhuǎn)爐-CSP工藝,通過合理的成分設(shè)計(jì)和在冶煉及精煉工藝的嚴(yán)格控制,

2、生產(chǎn)出了高質(zhì)量的鈦微合金化高強(qiáng)度鋼,并對(duì)鋼中夾雜物在精煉、連鑄過程中的演變進(jìn)行了分析研究。鋼中夾雜物以球形或近似球形的氧化鋁及氧化鈦復(fù)合夾雜物為主。熱力學(xué)計(jì)算表明,若鋼液中[N]控制在0.0020％以下,凝固時(shí)快速降溫通過兩相區(qū),氮化鈦將在澆鑄凝固末期固相分?jǐn)?shù)fs大于0.8時(shí)析出,有利于氮化鈦的細(xì)化。
　　 利用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡等對(duì)本工作開發(fā)的利用BOF-CSP流程生產(chǎn)的鈦微合金化X70管線鋼的組織性能進(jìn)行了研究,

3、結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)鋼典型組織均由多邊形鐵素體和粒狀貝氏體及極少量珠光體構(gòu)成,晶粒等級(jí)為10～11.5級(jí),位錯(cuò)密度較高,這些位錯(cuò)互相纏結(jié)分布混亂,有些已經(jīng)形成較為完整的位錯(cuò)胞界,位錯(cuò)和位錯(cuò)胞的強(qiáng)化作用也是鈦微合金化鋼的強(qiáng)化機(jī)制之一；通過掃描電鏡及透射電鏡觀察了M／A島的細(xì)微形貌,M／A島的存在在增加鋼強(qiáng)度的同時(shí)并未明顯地降低鋼的韌性和塑性。鋼中存在大量TiN、TiC和Ti4C2S2析出物,細(xì)小、彌散分布的TiC能阻止位錯(cuò)移動(dòng),通過Orowan機(jī)

4、制起到明顯的沉淀析出強(qiáng)化作用。利用FactSage6.1對(duì)含鈦0.09％的鈦微合金化高強(qiáng)鋼的平衡析出相進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算。利用物理化學(xué)相分析、XRD、EDS和高分辨TEM對(duì)試驗(yàn)鋼中的析出物進(jìn)行了觀察和標(biāo)定。試驗(yàn)結(jié)果顯示鈦微合金鋼中除鈦氮化物化物包含大量納米級(jí)Fe3C析出物,尺寸小于18nm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2565％。Fe3C具有沉淀強(qiáng)化作用,參照Olson和Ashby-Orowan的工作計(jì)算得其沉淀強(qiáng)化增量為234.4MPa。當(dāng)討論鋼中微

5、合金元素的細(xì)晶強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化作用時(shí)不應(yīng)忽視納米級(jí)鐵碳析出碳化物的貢獻(xiàn)。鋼的綜合強(qiáng)化機(jī)理是“鋼的屈服強(qiáng)度等于各種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)鋼屈服強(qiáng)度貢獻(xiàn)之和”,在一定條件下鋼的屈服強(qiáng)度等于固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化的加和。
　　 焊接性能試驗(yàn)結(jié)果表明鈦微合金化高強(qiáng)鋼焊接接頭具有較高強(qiáng)度及良好的彎曲塑性變形能力,焊縫和熱影響區(qū)具有較好的低溫韌性?？笻IC性能測(cè)試結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)鋼具有很好的抗HIC性能,說明鈦的添加不會(huì)惡化X70鋼的抗HIC性能。采用

6、共焦激光掃描顯微鏡觀察了加熱過程中奧氏體晶粒的生成及長(zhǎng)大情況,建立了加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的模型,可靠性檢測(cè)顯示模型測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的一致性。通過掃描電鏡對(duì)冷卻后試樣組織及夾雜物進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),含鈦的復(fù)合夾雜物及大量的Ti(C,N)析出物具有誘導(dǎo)生成晶內(nèi)鐵素體的作用。
　　 通過成分和工藝優(yōu)化,在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出不同強(qiáng)度等級(jí)的鈦微合金化貝氏體鋼,抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到875MPa,-20℃沖擊功不小于27J,具有良好強(qiáng)韌性配合。金相組