低碳贝氏体钢的组织性能研究毕业论文(编辑修改稿)

低碳贝氏体钢的组织性能研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

等合金元素，且需热处理。 济钢 [16]研制开发了一种新型的贝氏体高强钢（ CSiMnCr 系），其特点是钢中不加入昂贵的Ni、 Mo、 B 等元素，而用少量普通元素 V、 Mn、 Cr 合金化，以低廉的合金成本代价就能使钢板 TMCP 处理后空冷自硬，从而节约大量热处理费用，降低了生产成本和生产难度。 攀枝花钢铁公司与清华大学、二汽合作开发的贝氏体微合金非调质钢12Mn2VB 代替 45 调质钢制造汽车前轴，效果良好。 宝钢 [17]研究了 MnMoNbB 系超低碳贝氏体钢的钢坯加热、控制轧制、控制冷却、时效处理诸因素与钢力学性能的关系，生产了 620MPa、 690MPa 等两个级别的钢板。 鞍钢 [18]采用控轧控冷工艺试制了 HQ590DB 低碳贝氏体钢板。 其终轧温度为800～ 850℃ ，控制终冷温度为 590～ 630℃ ，获得铁素体和板条状贝氏体组织，钢板抗拉强度达 650～ 690MPa，屈服强度达 490～ 590MPa，延伸率为 20%，并具有良好的成形性能。 采用奥氏体再结晶、未再结晶、奥氏体与铁素体两相 区三段控制工艺并配合相北京科技大学本科生毕业设计（论文） 6 应的压下率，舞钢试制成功了低碳贝氏体钢 WDB6 DB690 及 WH70[19]。 实践证明，采用合金化与控轧控冷工艺技术是生产强度高、韧性好、可焊性优良且成本低的贝氏体钢板的最好方法。 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低碳贝氏体钢。 低碳贝氏体钢的发展前景 市场需求前景 高强度低碳贝氏体钢被国际上公认为 21 世纪钢种，国外在 20世纪 80 年代才开始进行研制。 与普通低合金钢相比，该钢种由于碳含量下降，在保证高强度的条件下，仍能保持很高的 韧性，并在恶劣环境下能满足焊接性能，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。 近些年，在机械、汽车等行业，非调质钢替代传统的调质钢已经获得了广泛的应用。 制造大型贮罐及运输船都采用非调质处理钢和微合金化中厚板钢。 汽车工业发达的日本，其非调质钢发展最为活跃，川崎制铁开发出具有耐大气腐蚀性的非调质低碳贝氏体型中厚钢板。 空冷贝氏体钢属于非调质钢中的一类。 在生产中可将热加工成型工序与热淬火工序合并，空冷自硬，省去了淬火工序，不仅节约了能源，简化了工艺，提高了生产效率，而且可以避免由于淬火引 起的变形、开裂及氧化、脱碳等热处理缺陷。 空冷贝氏体钢具有良好的综合力学性能，不仅提高了产品的质量，而且延长了产品的使用寿命，应用前景非常广阔。 空冷贝氏体钢应用于制造汽车前轴，由于其热加工性能良好，同时由于具有优良的强韧度配合，故可提高前轴的质量及寿命。 因此，对汽车前轴这类关键的保安件来说，采用空冷贝氏体钢制造，不仅经济效益显著，而且对保证汽车质量具有重要意义。 1998 年重汽集团公司与唐山贝氏体钢总厂联合开发了斯太尔汽车前轴用贝氏体钢，其性能优良，力学性能可达到 :屈服强度 ≥500MPa，抗拉强度 ≥900MPa，延伸率 ≥17%，断面收缩率 ≥61%。 耐磨钢球是广泛用于矿山、冶金、电力、建材和化工等行业的重要易耗件，国内年耗量高达 100 万吨，国际市场容量在 500 万吨。 目前使用的各种材料不仅成本北京科技大学本科生毕业设计（论文） 7 高，而且由于硬度高、韧性差而使破碎率高。 低碳贝氏体耐磨钢球从表面到心部都具有高硬度、高韧性、低破碎率，且工艺简单，低成本，生产效率高。 低碳贝氏体钢还可应用于制作塑料模具、模块、贝氏体钢弹簧、建筑用高强度钢筋、铁路道岔、油田用抽油杆和作为工程结构及标准件用钢等。 总之，低碳贝氏体钢种的研制与开发越来越引起材料界和工业行业的极大 兴趣。 目前国内各特殊钢厂都相继研制开发出一系列低碳贝氏体钢。 低碳贝氏体钢的应用也正在不断深入国内各工业行业，所产生的经济效益也日益得到人们的认可。 低碳贝氏体钢的品种发展方向 随着国际、国内经济的飞速发展和我国产业结构的调整，国内外钢材市场消费发生了较大的变化，其中低合金高强度钢的市场需求增加幅度越来越大。 目前，邯钢中板生产线已能大量生产普碳钢、 Q345，也能生产少量的船板、容器板、锅炉板等系列产品，并取得了良好的技术经济指标，但生产低合金高强度钢板的品种较为单一。 《邯钢 ―十一五 ‖钢材品种生产及 科技发展规划》指出邯钢中长期钢材品种的发展方向和目标 :到 20xx 年板带比由 50%提升至 80%，板带材以建筑、造船、工程机械用热轧中厚钢板和板卷，汽车、家电、集装箱用薄板系列为主体的品种结构。 到 年实现板带比达 85%，最终形成以自主知识产权为主导的板带品种研发基地。 邯钢新近引进了大板坯连铸机与新中板轧机等新设备，以调整产品结构，提高工艺设备水平，为提高邯钢产品的市场竞争力提供了设备保证。 很明显，低碳贝氏体钢的研发符合邯钢中长期钢材品种的发展方向和目标，对于提高邯钢钢材产品的市场竞争力、形成以自主知识 产权为主导的板材品种研发平台具有积极的推动作用。 除此之外，宝钢、首钢、鞍钢、济钢等国内大型钢铁集团都对低碳贝氏体钢的生产制定了明确的规格和生产工艺，已及低碳北市钢的长期发展计划。 低碳贝氏体钢的研发方向 低碳贝氏体钢以其性能价格比方面具有的明显优势，在我国的应用前景将十分广阔。 贝氏体系列钢的研究目前仍处于贝氏体相变机理研究与贝氏体钢的开发与推广应用阶段。 北京科技大学本科生毕业设计（论文） 8 在研发低碳贝氏体钢方面，应开展以下两方面的研究工作 : (1)低碳贝氏体钢产品品种的开发除对现有低碳贝氏体钢的生产工艺进行完善与优化外，还应不 断开发新的低碳贝氏体钢品种，扩大贝氏体钢产品的应用范围。 低碳贝氏体钢在模具用钢、耐磨耐冲击钢、工程构件用钢等领域的开发研究将进一步深入，同时研究开发低碳贝氏体钢在弹簧、建筑用高强度钢筋、齿轮、标准件等方面的使用。 (2)加强控轧控冷低碳贝氏体钢的研制从低碳贝氏体钢的发展趋势来看，开发研制控轧控冷贝氏体钢是十分必要的。 低碳贝氏体钢中厚板通过控轧控冷不仅可以充分细化组织，大幅度提高钢的综合性能，而且控轧控冷贝氏体钢勿需热处理工序，节能又节省合金资源，因此生产成本明显降低，从而具有广阔的应用前景。 2研究贝氏体组 织的意义与分类 20 世纪年代末， Robertson[20]首次在钢种发现后来被命名为贝氏体的中温转变产物，事实上 Ronertson 当时对此未给予足够重视。 20 世纪 30 年代初， Dabenport 和bain[21]在研究奥氏体于 150℃ （马氏体形成温度） 550℃ （珠光体形成温度）之间等温冷却转变时，发现奥氏体分解产生一种新的组织，该组织形态呈针状，每个针是由易腐蚀聚合物组成，但由于分析手段限制，当时无法对此聚合物进行组织结构鉴定。 此外，在同一材料中，与珠光体和马氏体组织对比可知，它们之 间存在着显著差别。 共析钢在不同温度等温时，其分解产物是不同形态的组织， 720℃ 等温时，其分解产物是层片状珠光体组织， 290℃ 等温时，获得针状组织， 180℃ 等温时，获得马氏体组织。 观察上述针状组织时发现 [22]，针状组织在侵蚀剂中的腐蚀速度显著高于马氏体，但比屈尸体 (细珠光体 )低，因此当时曾被称为马氏体 屈尸体（简称 MT 组织），即后来被称为贝氏体的组织。 尽管于 1934 年， Bain 实验室工作人员为纪念 Bain，已经提出了贝氏体这个术语，但随后的一段时间， Bain 及其同事 [23]，通常仍谨慎地将这种 组织称之为未命名北京科技大学本科生毕业设计（论文） 9 的、易侵蚀的、在某种程度上与马氏体像是的针状聚合物。 由于在贝氏体相变这个问题上，国内和国外的贝氏体研究专家有很大的分歧，特变是关于贝氏体的相变原理，表面浮凸等，所以关于贝氏体的定义不同学派的学者有各自不同的定义。 目前被普遍认可的贝氏体定义 [24]是指过冷奥氏体在中温形成的片状或板条状产物。 板条或片状形态均值铁素体，碳化物分布于铁素体条片间或其内部，碳化物也可能延迟析出。 此时，贝氏体只由铁素体组成，有色合金贝氏体则由单相组成。 贝氏体转变至少伴随如下特征。 （ 1） 呈板条状或条状； （ 2） 相变过程伴随形成 规则的表面浮凸，但浮凸形态上不具有不变平面应变特征，常呈帐篷形。 需要指出的是粒状贝氏体在 SEM 下观察发现，其内部铁素体也呈板条状。 由于贝氏体的形成温度范围宽，钢的化学成分对组织的形态影响复杂，使得贝氏体组织形态多样化。 一般而言，贝氏体由铁素体和渗碳体两相构成。 在转变温度较高时，相变产物在光学显微镜下呈羽毛状的上贝氏体，转变温度较低时，相变产物呈针状的下贝氏体。 50 年代后期， Habraken[25]发现低碳及中碳合金钢中的粒状贝氏体组织。 除了上述几种形态的贝氏体组织外，还有无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、 反常贝氏体、块状贝氏体等概念。 研究贝氏体组织的意义 自二 十 世 纪三十年代初 Davenport 和 Bain发现贝氏体组织以来，很多学者对贝氏体组织的精细结构进行了深入研究和分析通过对低碳贝氏体钢组织性能的研究，不但有助于深入了解贝氏体相变形成的机制，而且有力于建立组织和性能的关系，从而分析低碳贝氏体钢的强化机制，以及合金元素的影响，从而在实际生产中得到性能更好的低碳贝氏体钢，因此研究低碳贝氏体钢组织性能有重要的理论与实际意义。 北京科技大学本科生毕业设计（论文） 10 表 21 与贝氏体组织命名相关的术语 分类依据 组织命名 说明 碳化物分布 上贝氏体 θ在 α条间 下贝氏体 θ与 α长轴呈 55176。 60 夹角 176。 无碳化物贝氏体 无 θ析出 BⅠ ， BⅡ ， BⅢ 铁素体形态 块状贝氏体 柱状贝氏体 粒状贝氏体 羽毛状贝氏体 与上贝氏体对应 针状贝氏体 合金成分 低碳贝氏体 中碳贝氏体 高碳贝氏体 成分、形态及碳化物分布综合信息 上贝氏体 羽毛状 中高碳合金 下贝氏体 片状 中高碳合金 低碳贝氏体 板条束状 θ在 α板条之间 成分、形态及碳化物分布综合信息 低碳下贝氏体 板条束状 θ 与 α长轴呈 55176。 60 夹角 176。 粒状贝氏体 θ与 α长轴呈 55176。 60 夹角 176。 针状贝氏体 α 呈板条束，小岛半连续且平行于 α 其它 反常贝氏体 θ 优先形成，然后 α 在 θ 上长大 北京科技大学本科生毕业设计（论文） 11 贝氏体组织的分类 关于贝氏体组织形态的分类，存在各种不同的依据，从而导致了许多命名。 如表 所示。 从上表可以看出，含碳量及其它合金元素对贝氏体的组织形态有很大影响，此外热处理工艺对贝氏体的组织也有较大的影响。 上贝氏体 上贝氏体是贝氏体的基本形态之一。 上贝氏体通常发生于贝氏体转变的高温区内，典型的上贝氏体为两 相组织，是由成束近似平行排列的板条铁素体和夹在条间析出的断续的碳化物构成的非层状组合体。 在光镜下，通常可以观察到上贝氏体中的铁素体条，但不能鉴别条间析出的碳化物。 铁素体呈长条状，并且往往是在奥氏体晶界首先形核并向晶内平行长大，由于靠近形核部位 (原奥氏体晶界 )处，尺寸较大，前端尺寸较小，导致上贝氏体组织总体呈羽毛状；因此上贝氏体的二维形态常被描述为羽毛状。 根据垂直双磨面分析，上贝氏体的铁素体为板条形，所谓羽毛状特征实际是反映了板条束在某一方向上的截面。 一般认为典型上贝氏体中的碳化物是渗碳体。 碳化物形态为片状或 杆状，多以不连续的方式分布于铁素体板条之间。 上贝氏体由板条状铁素体组成。 它优先在原奥氏体晶界形核，领先相是铁素体，然后向一侧奥氏体长大。 上述板条状铁素体呈长条状。 碳化物在铁素体之间析出，碳化物的析出方向与贝氏体铁素体板条束方向平行。 如图。 上贝氏体的形成温度越低，过冷度越大，新相和母相之间的体积自由能差值越大，相变驱动力也越大，故忒素体板条束的数量越多。 北京科技大学本科生毕业设计（论文） 12 图 典型上贝氏体（ 350℃ ） 下贝氏体 典型的下贝氏体也是铁素体和碳化物构成的两相组织，如图 所示；其具有以下特征： (l)由下贝氏体铁素体片及其内部单向分布的碳化物所组成。 下贝氏体铁素体片经实验和分析证实，它的三维空间形态呈双凸镜状，其厚 /长比因钢碳量增多和形成温度的降低而减小，具有碳过饱和度。 下贝氏体碳化物通常为 ε碳化物或渗碳体，呈薄片状，与铁素体板条长轴呈 55～ 60176。 夹角，常为单变体亦发现双变体的体亦发现双变体的。 图 典型的下贝氏体组织 (2)下贝氏体铁素体具有位错亚结构，即使它的形成温度低于 Ms点，仍然维 持这种亚结构，位错密度随等温形成温度降低而增高。 偶尔在上、下贝氏体铁素体中见到孪北京科技大学本科生毕业设计（论文） 13 晶，经分析证实，并非为相变孪晶。 (3)尽管下贝氏体亦优先在奥氏体晶界上形成，但大量的下贝氏体还是形成于晶粒内，并在局部区域内密集堆积。 (4)下贝氏体铁素体片实际上由条状亚单元和基元块组成，基元块中有碳化物。 (5)。