Ti微合金化超高强度工程机械用钢研制

在实验室研制了不同Ti、Nb含量的热轧钢板,并对钢板进行了轧后冷却试验,研究了Ti、Nb微合化和热轧工艺对钢板组织和力学性能的影响。在实验室研究基础上,采用微合金化工艺路线,通过控轧控冷工艺,终轧后层流冷却工艺(卷取温度采用590℃),成功试制了700 MPa级工程机械用钢。结果显示,试验钢的屈服强度大于700 MPa,抗拉强度大于785MPa,并具有良好的冲击性能、成形性能。试验钢的组织为铁素体+少量珠光体+微量马氏体,同时,在铁素体的基体上存在大量纳米级的弥散析出或相间析出的(Nb,Ti)(C,N)析出相,有效提高了试验钢的强度。     

用快速冷却工艺生产高强度多相钢的实验研究

通过对含Nb微合金钢控制轧制后，进行快速冷却＋超快速冷却工艺的研究，得到了针状铁素体、板条马氏体及下贝氏体多相组织。实验钢在850℃终轧后，以高于50℃／s的冷却速度快速冷却到中间温度（600～550℃），空冷2～3s，之后采用超快速冷却至低温卷取。实验钢具有多相组织，屈服强度达到500MPa，抗拉强度明显提高，同时保证了强度和塑性的良好匹配，节约了生产时间。快冷与超快冷相结合的工艺为开发高强度微合金钢提供了新的实验手段。     

超快冷+层流冷却工艺对Mn-Ti钢组织与性能影响

研究了超快冷+层流冷却工艺对一种Mn-Ti钢组织与性能的影响。结果表明:随入超快冷段温度的升高,实验钢的屈服强度和抗拉强度先升高后降低,随层流段出口温度的降低,其屈服强度和抗拉强度先降低后升高。当入超快冷段、出超快冷段及层流段出口的温度分别为830、699及620℃时,实验钢的屈服强度、抗拉强度及伸长率分别为675 MPa、737.5 MPa和20%,力学性能最佳,其组织以铁素体为主,在铁素体基体上存在大量的细小析出物,通过计算,其析出强化量为190 MPa,细晶强化及析出强化有效提高了实验钢的力学性能。     

轧后冷却工艺对海洋平台用钢组织性能的影响

轧后采用空冷、加速冷却和两段式（前段超快冷＋后段加速冷却,简称超快冷）三种冷却模式进行控制冷却,研究了冷却工艺对海洋平台用钢组织性能的影响。结果表明,空冷工艺所得试验钢的组织为多边形铁素体和马氏体,铁素体晶粒内位错密度较低,析出相数量较少,尺寸粗大;加速冷却所得试验钢的显微组织由多边形铁素体、针状铁素体和细小弥散的M/A岛组成,铁素体晶粒较空冷工艺明显细化,位错密度提高,析出物细小弥散;两段式所得试验钢的相变组织主要为针状铁素体,板条明显细化,位错密度进一步提高,析出物细小而数量降低。三种冷却工艺中,空冷工艺所得试验钢的屈强比最低,塑性最好;加速冷却工艺所得试验钢的低温韧性最佳;而采用两段式冷却工艺所得试验钢抗拉强度最高。     

空冷弛豫对铌微合金化热轧TRIP钢组织性能的影响

通过热轧试验研究了轧后空冷弛豫时间对铌微合金化热轧TRIP中厚板组织和力学性能的影响,结合光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及XRD分析了弛豫过程各组成相的尺寸、含量变化以及铁素体基体上的位错组态和微合金碳氮化物的析出行为.结果表明,采用820 ℃终轧并弛豫80～120 s后超快冷的工艺可以得到含有铁素体、贝氏体和残留奥氏体的多相组织,弛豫时间显著影响铁素体晶粒尺寸、铁素体量以及铁素体基体上的位错密度和沉淀析出量.随着弛豫时间的延长,试验钢的屈服强度和抗拉强度呈降低趋势.空冷弛豫80 s时,试验钢的抗拉强度、伸长率和强塑积分别达到820 MPa,37.5%和30750 MPa·%的最大值.     

轧后冷却对汽车用含硼超高强度钢组织和性能的影响

通过对比两种不同的轧后冷却工艺对汽车用含硼超高强度钢组织与性能的影响,得出此类钢轧制后喷水快速冷却到450℃,然后空冷至室温,可以获得贝氏体+铁素体组织,从而使实验钢获得较高的屈服强度和抗拉强度;而轧制后直接空冷至室温,获得的组织为铁素体+细珠光体+少量贝氏体,实验钢的抗拉强度较前者低260MPa.     

含Nb低Si-Mn热轧双相钢的工艺研究

采用空冷 水冷的冷却方式,研究了终轧温度、层流冷却开始温度、卷取温度等对含Nb低Si-Mn热轧双相钢组织性能的影响,结果表明,通过合理的工艺控制可得到在细小的铁素体基体上均匀分布马氏体的组织及抗拉强度为550~600MPa的热轧双相钢。     

冷却路径对低成本热轧双相钢组织性能的影响

通过对轧后钢板采用传统的两段式(层流冷却+快速冷却)和连续式(快速冷却)两种不同方式的冷却,探究冷却路径对600MPa级热轧双相钢组织和性能的影响规律.结果表明,两段式层流冷却能够促进多边形铁素体的生成,铁素体基体纯净度较高,岛状马氏体细小弥散分布,试样的综合力学性能较好;连续式快速冷却能够细化组织,随着冷却速率的增大,马氏体束增多且呈细小狭长的片状混乱分布.采用连续式冷却需将终轧温度精确控制在两相区,控制难度相对较大,但能显著提高钢板的综合力学性能.     

890MPa级纳米碳化物强化铁素体高强钢的研制

通过Ti-V-Nb-Mo复合微合金化设计、控轧控冷(TMCP)及合理选择卷取温度,开发出抗拉强度为890 MPa级铁素体高强钢。结果表明,经两阶段控轧后冷却到600℃进行模拟卷取,钢板的屈服强度达到877 MPa,抗拉强度达到950 MPa,伸长率为20.0%,显微组织为均匀细小的多边形铁素体+少量晶界渗碳体。强化机理分析表明,析出强化和细晶强化是铁素体高强钢的主要强化方式,其中析出强化增量高达380 MPa。     

超快速冷却条件下碳素钢中纳米渗碳体的析出行为和强化作用

利用超快速冷却技术对碳素钢中渗碳体的纳米析出行为和强化作用进行了研究.实验结果表明,在超快速冷却条件下,0.17%C和0.33%C钢的组织中形成了大量弥散的纳米级渗碳体析出,颗粒尺寸为10~100 nm,实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出.随着超快速冷却终冷温度的降低,钢的屈服强度和抗拉强度都逐渐增加,当超快速冷却的终冷温度从890℃下降到600℃时,0.17%C和0.33%C钢的屈服强度提高超过了100 MPa.在超快速冷却之后采用形变热处理工艺,可以进一步增加钢的位错密度,促进渗碳体均匀形核,实现了纳米级渗碳体颗粒在整个组织中更加均匀弥散的分布,从而更好地实现均匀强化的效果.在超快速冷却和形变热处理工艺条件下,0.17%C钢的屈服强度提高到600 MPa以上.     

冷却方式对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响

两阶段控制轧制后,采用不同的冷却路径进行冷却,研究冷却路径对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响.结果表明,超快冷+空冷冷却路径可获得细晶组织,晶粒平均尺寸约为7.76μm,屈服强度高达425 MPa,抗拉强度高达500 MPa.超快冷+炉冷试样中存在细小的沉淀粒子,沉淀粒子尺寸主要集中在2—7 nm,而超快冷+空冷试样中只存在少量球形沉淀粒子,轧后直接空冷可获得相间沉淀粒子.不同冷却路径获得的热轧板在700℃下退火300 s后,沉淀粒子发生明显的粗化;退火处理后,超快冷+炉冷试样的晶粒平均尺寸减小为6.47μm,相对于退火前,其屈服强度和抗拉强度分别增加50和30 MPa、强度的增加主要源于细晶强化.对于含0.03%Nb(质量分数)的Nb-Ti微合金钢,由于沉淀粒子的体积分数有限,因此细晶强化效果远高于沉淀强化效果,强度的变化与晶粒尺寸的变化具有很好的对应性.另外,加工硬化指数与晶粒尺寸密切相关.随着晶粒平均尺寸的增加使加工硬化指数增加.     

冷却方式对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响

两阶段控制轧制后,采用不同的冷却路径进行冷却,研究冷却路径对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响.结果表明,超快冷+空冷冷却路径可获得细晶组织,晶粒平均尺寸约为7.76μm,屈服强度高达425 MPa,抗拉强度高达500 MPa.超快冷+炉冷试样中存在细小的沉淀粒子,沉淀粒子尺寸主要集中在2-7 nm,而超快冷+空冷试样中只存在少量球形沉淀粒子,轧后直接空冷可获得相间沉淀粒子.不同冷却路径获得的热轧板在700℃下退火300 s后,沉淀粒子发生明显的粗化;退火处理后,超快冷+炉冷试样的晶粒平均尺寸减小为6.47μm,相对于退火前,其屈服强度和抗拉强度分别增加50和30 MPa,强度的增加主要源于细晶强化.对于含0.03%Nb(质量分数)的Nb-Ti微合金钢,由于沉淀粒子的体积分数有限,因此细晶强化效果远高于沉淀强化效果,强度的变化与晶粒尺寸的变化具有很好的对应性.另外,加工硬化指数与晶粒尺寸密切相关,随着晶粒平均尺寸的增加使加工硬化指数增加.     

控冷工艺对热轧双相钢组织与性能的影响

基于合金减量化原则,通过热轧+超快冷技术得到了强韧性较好的600 MPa级热轧双相钢,研究了控冷工艺对其组织与性能的影响。结果表明,随着弛豫时间的减少和卷取温度的降低,钢中铁素体体积分数逐渐减少,铁素体晶粒尺寸逐渐减小,抗拉强度由602 MPa 增加至637 MPa,伸长率由31.0%减小至24.0%,屈强比为0.53~0.59,n值为0.17~0.21。综合考虑板形风险和力学性能,试验钢合适的卷取温度为150 ℃,合适的弛豫时间为7 s。     

应用超快冷工艺开发540MPa级C-Mn双相钢试验

介绍了在包钢CSP线上应用超快速冷却工艺开发540MPa级热轧双相钢的工业试验概况;以0．07% C—1．20%Mn—0．15%Si钢为原料,采用薄板坯连铸连轧、层流冷却和超快速冷却工艺,得到厚6mm的热轧双相钢带;其微观组织为铁素体和马氏体,马氏体体积分数为12%,σb为555～565MPa,σs为335～355MPa,δ为31%～34%,σs/σb为0．59～0．64,n值为0．18,整卷带钢性能均匀,应用于重型卡车横梁,性能良好。     

热轧层流密集冷却控制的研究与应用

随着TMCP技术的发展,通过合理设计合金元素含量和在线快冷工艺,可实现相变强化、细晶强化和亚晶强化,从而实现热轧卷板强度、塑性、韧性和可焊性的良好匹配。考虑到特殊品种结构对超快层流冷却速率的要求,太钢对2 250 mm热轧生产线层流冷却区域进行了全线加密设备改造,通过采用密集快冷卷取温度控制技术,实现了高强度管线钢的减量化生产。     

1000 MPa级热轧双相钢不同弛豫时间的热处理工艺

基于汽车轻量化原则,应用热轧+超快冷+弛豫热处理一体化工艺技术得到了1000 MPa级热轧双相钢,并研究了弛豫时间对试验钢组织和性能的影响。结果表明,随着弛豫时间的增加,试验钢中铁素体和马氏体组织的带状分布越明显,其中铁素体晶粒尺寸与体积分数均增加,屈服强度降低,伸长率增加;抗拉强度先增加后降低,是马氏体体积分数和碳含量综合作用的结果;屈强比减小,n值增加。弛豫时间影响两相的体积分数、晶粒大小和内部亚结构。弛豫时间为10 s时,试验钢的抗拉强度为1025 MPa、伸长率为17.5%、屈强比为0.48、n值为0.13,具有最优综合力学性能;综合考虑力学性能和生产效率,试验钢在该工艺技术条件下合适的弛豫时间为7~10 s。     

控轧控冷对Ti-Mo-Nb复合微合金化低碳钢组织和力学性能的影响

研究了控轧控冷的冷却速度对Ti-Mo-Nb微合金高强钢组织与性能的影响。结果表明,随着冷却速度的降低,试验钢中铁素体逐渐等轴化,铁素体的体积分数、晶粒尺寸逐渐增加。冷却速度的降低可显著细化析出相尺寸并增加其体积分数,析出方式由弥散析出向相间析出转变。铁素体通过析出强化实现提升材料强度的同时,成形性能得到改善。当冷却速度为28℃/s时,试验钢获得了优异的综合力学性能,抗拉强度为853 MPa,屈服强度为750 MPa,伸长率为18.6%,扩孔率为68.5%。组织细化与析出强化是试验钢的主要强化机制,当冷却速度为28℃/s时,细晶强化和析出强化强度增量分别为206 MPa和328 MPa。     

开冷温度对热轧F/B双相钢组织性能的影响

采用轧后空冷+超快速冷却的方式,研究了开冷温度对热轧铁素体/贝氏体(F/B)双相钢组织性能的影响。结果表明：开冷温度显著影响F/B双相钢的显微组织和性能。开冷温度由747 ℃降至700 ℃时,铁素体体积分数由17.3%增至85.7%,铁素体晶粒尺寸由3.3 μm粗化至3.6 μm,贝氏体中析出的碳化物含量增加。同时,F/B双相钢的屈服强度从594 MPa降至475 MPa,抗拉强度从648 MPa降至532 MPa,伸长率从17.7%升至34.3%,扩孔率从36.4%提高至82.8%。因此,为实现热轧F/B双相钢力学性能和扩孔性能的平衡,开冷温度应控制在730~700 ℃。     

终轧温度对Si-Mn系热轧双相钢组织和性能的影响

文章研究了在采用低温区大变形和轧后连续冷却工艺时,终轧温度对传统Si-Mn系热轧双相钢组织和性能的影响。结果表明,在试验工艺条件下,试验钢的最终组织均为铁素体+马氏体的双相组织。随着终轧温度(770℃~850℃)的升高,试验钢的屈服强度由415MPa急剧降低到335MPa,而抗拉强度变化不大,约为690MPa;随着终轧温度的升高,铁素体晶粒尺寸逐渐均匀,平均晶粒尺寸先增大,后减小,铁素体含量约为88%;试验钢的n值和延伸率,则随着终轧温度的升高而升高,在温度850℃时,n值达到0.23,延伸率达到28.7%。