新型Nb-Ti-V復(fù)合微合金化高強(qiáng)度船板鋼組織演變與性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代造船業(yè)的快速發(fā)展，船體大型化、輕量化已成為各國造船業(yè)的主要發(fā)展方向，對船板用鋼的性能要求越來越高，因此各國爭相研究開發(fā)強(qiáng)度級別高，綜合性能好，且具有良好的焊接和加工成型性的微合金化船用鋼板。目前，采用微合金化(Microalloying)及控軋控冷技術(shù)(TMCP)是生產(chǎn)高強(qiáng)度船板鋼的主要方法。本課題本著節(jié)約資源和降低成本的理念，在16Mn鋼的基礎(chǔ)上采用Nb-Ti和Nb-V復(fù)合添加的合金化方法，設(shè)計(jì)并開發(fā)出Nb-Ti和Nb-V兩種

2、強(qiáng)度級別為D36和E40的高強(qiáng)度船板鋼，并對其Nb-Ti或Nb-V復(fù)合微合金化鋼連續(xù)冷卻相變和組織演變規(guī)律、強(qiáng)韌性及焊接性能等進(jìn)行了研究，探討了高溫變形，冷卻速率對其相變、組織和性能的影響，取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1、根據(jù)高強(qiáng)度船板鋼的力學(xué)性能要求及鋼的微合金化原理，選擇Mn、Si為主要合金元素，Nb、Ti或Nb、V為微合金化元素且復(fù)合添加，經(jīng)熔煉和連鑄獲得250mm厚板坯，再分別經(jīng)粗軋和精軋成30mm厚度的鋼板，獲得Nb-

3、Ti和Nb-V兩種成分不同且純凈度較好的船板用鋼，熱軋狀態(tài)和正火狀態(tài)的強(qiáng)度級別均滿足D36級和E40級的要求。
　　2、通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熱模擬實(shí)驗(yàn)和組織分析，分別獲得了Nb-Ti和Nb-V微合金化鋼的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)CCT曲線。結(jié)果表明:在連續(xù)冷卻過程中兩種鋼均經(jīng)歷四個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)，高溫下A→F轉(zhuǎn)變，在中溫下的A→P和A→B轉(zhuǎn)變及較低溫度下的A→M轉(zhuǎn)變，但Nb-Ti鋼的相變開始和結(jié)束溫度均高于Nb-V鋼;熱變形明顯提高了奧氏體向先共析鐵素體的轉(zhuǎn)

4、變溫度且縮短轉(zhuǎn)變孕育期。
　　3、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變組織分析和硬度測試表明:①通過控制變形和冷速，Nb-Ti和Nb-V復(fù)合微合金化鋼均可得到均勻細(xì)小的復(fù)相組織;②未變形條件下，低冷速得到針狀鐵素體、多邊形鐵素體、粒狀貝氏體的混合組織，高冷速得到貝氏體和馬氏體;而變形條件下，低冷速得到多邊形鐵素體和珠光體，高冷速得到針狀鐵素體、貝氏體和馬氏體;③變形與未變形條件下，兩種鋼的硬度值均呈先快速增長后緩慢增長變化趨勢;與未變形比

5、較，相同的冷速下變形鋼的硬度值較高。
　　4、利用XRD、EDS、SEM和TEM等分析技術(shù)對Nb-Ti和Nb-V微合金化鋼的物相、夾雜物和析出相等進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，微合金鋼中主要為立方鐵素體相，通過復(fù)合添加Nb、Ti和Nb、V微合金元素，能夠與鋼中的C、N元素形成細(xì)小碳氮化物，抑制奧氏體晶粒長大和再結(jié)晶，達(dá)到析出強(qiáng)化的效果;微合金鋼中還存在少量夾雜物，主要為硫化物，還有其他以Si、Mn以及Ca的復(fù)合型夾雜物。
　　5、拉

6、伸試驗(yàn)結(jié)果表明:正火狀態(tài)下，Nb-Ti和Nb-V鋼抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到621MPa和721MPa，水冷和冰冷狀態(tài)下，兩種鋼的抗拉強(qiáng)度均達(dá)到863MPa以上;沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，正火態(tài)兩種鋼不僅室溫沖擊功分別達(dá)到166J和169J，在-20℃低溫下也表現(xiàn)出較好的韌性（沖擊功分別為144J和140J），直到-40℃才出現(xiàn)脆性斷裂;SEM斷口分析表明，韌性隨溫度的變化與斷口形貌相吻合。經(jīng)比較可知，研制出的Nb-Ti和Nb-V復(fù)合微合金化鋼的強(qiáng)韌性明

7、顯優(yōu)于16Mn鋼。研究還發(fā)現(xiàn)，對980℃正火后進(jìn)行淬火的兩種鋼，通過適當(dāng)溫度回火(450℃)可有效提高鋼的韌性，獲得強(qiáng)韌性的最佳匹配。
　　6、與16Mn鋼進(jìn)行對比，在相同冷卻速度下，Nb-Ti和Nb-V微合金鋼的顯微組織晶粒更加細(xì)小，說明微合金元素的對晶粒的細(xì)化作用很顯著。微合金鋼的CCT曲線左移，A→F和A→P的孕育期變短，另外，添加微合金元素有利于F和B的析出，擴(kuò)大B的形成區(qū)域，但是對P的轉(zhuǎn)變有一定的阻礙作用，使P的形成區(qū)域