【摘要】：低合金高強(qiáng)度鋼使用已逾百年,隨著社會(huì)的發(fā)展,終端用戶對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的要求越來(lái)越高,低溫環(huán)境用鋼即其一重要體現(xiàn)。通過(guò)氧化物冶金獲得合適的第二相粒子改善力學(xué)性能成為低合金高強(qiáng)度鋼開(kāi)發(fā)與研究的重要工程問(wèn)題。本文為明確探究Zr脫氧工藝對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響,采用某鋼廠試制的第一批試板A鋼(Zr脫氧處理)和B鋼(傳統(tǒng)Al脫氧處理)。進(jìn)一步地,為探究Ti、Zr微合金化對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響,采用某鋼廠試制的第二批試板C鋼(Ti、Zr復(fù)合包芯線)和D鋼(普通商用Si-Ca線)。同時(shí),為探究低溫軋制工藝對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響,采用某鋼廠試制的第三批試板E鋼(常規(guī)工藝軋制)和F鋼(低溫軋制)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于第一批試板,二者抗拉強(qiáng)度接近,采用Zr脫氧處理的A鋼的屈強(qiáng)比為約為0.80而B(niǎo)鋼(常規(guī)Al脫氧處理)約為0.89,同時(shí)A鋼有更優(yōu)異的延展性、更穩(wěn)定的抗拉強(qiáng)度及更好的低溫韌性,B鋼在拉伸性能上表現(xiàn)出明顯的各向異性。A鋼垂直軋向的平均延伸率為25.5±0.5%,平行軋向的平均延伸率為26.8±0.4%,而B(niǎo)鋼垂直軋向的平均延伸率為22.0±0.5%,平行軋向的平均延伸率為23.6±0.5%。由此可見(jiàn),A鋼的平均延伸率明顯比B鋼的優(yōu)且穩(wěn)定性好。A鋼板厚方向-80℃下的沖擊吸收功為223±70J(TD)、180±95J(LD),而B(niǎo)鋼板厚方向-80℃下的沖擊吸收功為153±68J(TD)、132±77J(LD)。很明顯A鋼的低溫韌性優(yōu)于B鋼且更為穩(wěn)定。對(duì)于第二批試板,采用Ti、Zr微合金化的C鋼的強(qiáng)度略高于采用常規(guī)工藝的D鋼,且性能更為穩(wěn)定,其中屈服強(qiáng)度C鋼為380MPa±10MPa,D鋼為355MPa±15MPa,抗拉強(qiáng)度C鋼為520MPa±15MPa,D鋼為480MPa±30MPa,C鋼的延伸率及斷面收縮率都優(yōu)于D鋼,C鋼的低溫沖擊韌性也優(yōu)于D鋼。對(duì)于第三批試板,二者抗拉強(qiáng)度都為600MPa級(jí)別,采用低溫軋制F鋼的低溫韌性明顯優(yōu)于采用常規(guī)軋制的E鋼,且性能更為穩(wěn)定,其中F鋼板厚方向-100℃下的沖擊吸收功為153±54J,而E鋼板厚方向-100℃下的沖擊吸收功為73±43J。對(duì)于第一批試板,A鋼中的不潔凈度(O+N+S=118ppm)及單位面積夾雜物數(shù)量(83.7個(gè)/mm~2)高于B鋼(82ppm,78.8個(gè)/mm~2),但是對(duì)力學(xué)性能起決定性作用的大于8μm的粗夾雜密度為0.8個(gè)/mm~2,且主要為各向異性弱的球形復(fù)合氧化物夾雜(xZrO_2-yCaO-zAl_2O_3),而B(niǎo)鋼中粗夾雜物密度為1.1個(gè)/mm~2,且主要為各向異性明顯的長(zhǎng)條狀MnS、粗TiN、串狀xCaO-yAl_2O_3夾雜。夾雜物類(lèi)別與數(shù)量的差別決定了兩種鋼力學(xué)性能的優(yōu)劣。對(duì)于第二批試板,C鋼中夾雜物明顯球化,同時(shí)較D鋼更為細(xì)小,且更為均勻地分布于鋼基體中,鑄坯中心偏析的情況有所改善,最終獲得的力學(xué)性能有所提升且趨于穩(wěn)定。對(duì)于第三批試板,F鋼中的組織主要為針狀鐵素體,而E鋼主要為珠光體+鐵素體,而且F鋼中不同厚度處晶粒大小分布更均勻并且較E鋼更為細(xì)小。由于ZrO_2與MnS點(diǎn)陣常數(shù)相似,細(xì)小的ZrO_2可以作為良好的形核質(zhì)點(diǎn)促進(jìn)MnS析出,并球化長(zhǎng)條狀MnS及串狀xCaO-yAl_2O_3夾雜。同時(shí)試板中含有Nb元素,細(xì)小的Zr O_2也可作為形核質(zhì)點(diǎn)促進(jìn)Nb的碳氮化物析出,鋼基體中形成的細(xì)小氧化物及析出的Nb碳氮化物可以作為第二相粒子釘扎晶界,同時(shí)起到細(xì)化晶粒的作用。在今后的生產(chǎn)中,為了提高鋼材的力學(xué)性能,可通過(guò)Zr脫氧技術(shù)、Ti、Zr微合金化技術(shù)球化和細(xì)化鋼基體中長(zhǎng)條狀的MnS,粗TiN及串狀氧化物等有害夾雜物,達(dá)到降低各向異性?shī)A雜數(shù)量的目的。同時(shí)可以通過(guò)添加適量的Nb,獲得碳氮化物釘扎晶界達(dá)到細(xì)化晶粒的目的,還可通過(guò)低溫軋制工藝細(xì)化晶粒,提高力學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG142.1;TF76;TG335

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2590471