發(fā)布時間：2019-02-26 12:17

【摘要】：耐大氣腐蝕鋼屬于低合金高強度鋼,是在普碳鋼中添加了Cu、P、Cr、Ni等耐候性合金元素后,在其表面形成一層致密的氧化物保護層,減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展,已被廣泛的應用于機車車輛、橋梁、房屋等各種金屬結構件中。當前鐵路貨車用鋼供貨量最大的450MPa級高強度耐大氣腐蝕鋼一般采用Cu-Cr-Ni-Nb體系合金化方案,而含釩氮的高強度耐候鋼研究較少。本文研究充分利用攀枝花釩鈦資源特點,高強度耐候鋼成分方案設計為C u-Cr-Ni-V-Ti-N體系,N添加量0.01～0.02%。實驗室開展了釩、氮復合添加后對V析出行為、組織和性能等影響研究。在建立實驗室高氮鋼小尺寸試樣化學氮定量分析方法基礎上,通過熱模擬試驗、析出相定量分析、顯微組織觀察及性能測試等實驗手段,對不同釩、氮含量的450MPa級高強度耐大氣腐蝕鋼釩析出行為進行了探討。同時開展了形變工藝對奧氏體-鐵素體等溫轉變的影響規(guī)律、試驗工藝對鋼的組織性能及V析出形為的影響等研究,并運用熱力學計算方法對V在奧氏體、鐵素體中的析出規(guī)律及機理進行了分析。通過研究,建立了高氮鋼小尺寸試樣實驗室“低合金鋼化合氮的測定-電解提取、蒸餾分離-靛酚藍光度法”分析方法,克服了原分析方法測試化合氮精確度低的不足,通過不同分析方法精度對比,新的測定方法能精確定量分析含氮高強耐候鋼中的氮含量。研究表明加入大于0.01%N后,V(C,N)才有可能在奧氏體中析出。試驗鋼中V(C,N)沉淀析出的PTT曲線是典型的C曲線形狀,其鼻子點溫度為V析出過程所需時間最短的析出溫度,高強耐候鋼對應的溫度為870℃左右,增加氮有利于促進V(C,N)析出。變形加快了V(C,N)顆粒在奧氏體中的析出,促使PTT曲線向左移動。相對于氮含量變化對PTT曲線的影響,預應變量對PTT曲線的影響相對較小。熱力學分析發(fā)現V(C,N)在奧氏體中形核沉淀析出存在一最大形核率溫度,均勻形核最大形核率溫度約為840℃,而V(C,N)在位錯線上形核和均勻形核時的PTT曲線的鼻尖溫度為800℃左右。PTT試驗結果表明Nb、V復合添加后可明顯提高最大形核率溫度及鼻尖溫度。V(C,N)在鐵素體中析出可明顯提高鋼的強度,試驗鋼V(C,N)在鐵素體中析出的PTT曲線為單調曲線,不存在鼻子點。珠光體轉變后,V(C,N)在鐵素體中均勻形核和位錯線上形核率均較其在奧氏體中相應的形核方式的形核率增大約2-3個數量級。V(C,N)在鐵素體中沉淀析出產生沉淀強化是釩在高強度耐候鋼中的最主要作用。Cu-Cr-Ni-V-Ti-N體系高強度耐候鋼中的V具有促進鐵素體相變的作用,增加V含量后,鋼中的鐵素體組織比例增加：增加N含量后鐵素體組織明顯細化,但對珠光體相變的影響較小。含釩氮高強耐候鋼的銹層組成物主要為α-FeOOH和γ-FeOOH,添加釩／鈮元素后由于提高了加速腐蝕后的Ecorr值,進一步提高了高強耐候鋼銹層的保護作用。高強耐候鋼的腐蝕開始于夾雜處,而V/Nb元素在腐蝕嚴重區(qū)域分布均勻且無富集,微合金元素V/Nb對高強耐候鋼的耐腐蝕性能有積極作用。通過試驗研究,確定了450MPa級高強度耐候鋼關鍵控制參數,考慮晶粒細化和沉淀強化的綜合作用,Cu-Cr-Ni-V-Nb-Ti-N體系高耐候鋼最佳卷取溫度為650℃�？绽涔に嘋u-Cr-Ni-V-Ti-N體系高耐候鋼適宜的終軋溫度為870-890℃�？紤]到N對沖擊值及時效指數的影響,釩氮微合金化高強耐候鋼中的V/N比值控制略高于V與N理想化學配位數(3.64),試驗鋼的綜合性能最佳。本研究充分利用釩鈦資源特點,設計了低成本、Cu-Cr-Ni-V-Nb-Ti-N體系新型高強度耐候鋼生產方案,其生產成本低于國內外常規(guī)生產工藝Q450NQR1鋼。在此基礎上進行了工業(yè)生產應用試驗,結果表明,試驗鋼的顯微組織為細小、均勻的“多邊形鐵素體+少量珠光體”,鐵素體晶粒度為11.5級(晶粒尺寸6.7μm);厚度10mm的鋼卷屈服強度、抗拉強度、延伸率的平均值分別達到508.3MPa、602.1MPa、28.8%。厚度≥10mm的鋼卷屈服強度、抗拉強度、延伸率的平均值分別達到480.1MPa、602.9MPa、26.8%。試驗鋼的焊接性和耐腐蝕性能優(yōu)良,-40℃低溫沖擊平均值為128.3J,-70℃低溫沖擊平均值為75.6J,完全滿足鐵路車輛用鋼的使用要求。目前已經工業(yè)化生產應用11萬余噸,新合金化體系的Q450NQR1高強耐候鋼推廣應用效果較好。試驗研究為攀鋼后期的含釩高強度耐候鋼系列產品開發(fā)提供了必要的技術支持。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1

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本文編號：2430763