北京科技大学科技成果——高性能低碳贝氏体钢的研究与开发
TMCP生产低碳贝氏体钢中微合金化元素的作用机理研究-钢铁钒钛
钢铁材料TMCP 生产低碳贝氏体钢中微合金化元素的作用机理研究李秉军1,李 晶1,刘伟健1,张 逖2(1.北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083;2.南京钢铁股份有限公司,江苏南摘 要:采用金相㊁透射电镜(SEM)㊁能谱仪(EDX)等分析手段研究了TMCP 工艺生产的微合金化高强钢Q690钢的组织㊁第二相析出物,并在此基础上分析了其强化机理㊂发现钢板表面组织主要为板条贝氏体㊁少量粒状贝氏体以及针状铁素体,心部组织主要由粒状贝氏体和多边形铁素体构成;第二相析出物主要是铌钛的碳氮化物,尺寸在20nm 左右,弥散分布在基体上,多呈方形或类方形;硼主要以酸溶硼的形式存在,明显提高了钢的淬透性㊂Q690钢的强化机制主要是贝氏体相变强化㊁细晶强化和第二相析出强化,而这都与钢中微合金化元素的作用有关㊂关键词:低碳贝氏体钢;TMCP 工艺;微合金元素;析出相;强化机理中图分类号:TG142.2,TF704.2 文献标志码:A 文章编号:1004-7638(2013)03-0077-06DOI :10.7513/j.issn.1004-7638.2013.03.016Research on Strengthening Mechanism of Microalloying Elements inLow⁃carbon Bainite Steels Produced with TMCP ProcessLi Bingjun 1,Li Jing 1,Liu Weijian 1,Zhang Ti 2(1.State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;2.Nanjing Iron &Steel Co.,Ltd.,Nanjing 210035,Jangsu ,China)Abstract :Microstructures and second phase precipitates in microalloyed high⁃strength steel Q690D pro⁃duced with TMCP process are analyzed by means of optical microscope(OM),transmission electron mi⁃croscopy (TEM),and energy dispersive spectroscopy (EDX)in order to study the strengthening mecha⁃nism.It is found that the surface microstructure is mainly consisted of lath bainite,a small amount of granular bainite and acicular ferrite,and the central microstructure of granular bainite and polygonal fer⁃rite.Most of the second phase precipitates are niobium and titanium carbonitride with a size of about 20nm in length,dispersively distributing in the matrix in the shape of square or quasi⁃square.Boron,mainly existing in the form of acid⁃soluble boron,remarkably increases the hardenability of the steel.Re⁃sults show the strengthening mechanism is dominated by bainite transformation strengthening,fine grain strengthening and precipitation strengthening.Key words :low⁃carbon banite steel,TMCP process,microalloying elements,precipitated phase,strengthe⁃ning mechanism0 引言 随着工业生产的发展,社会对传统钢铁材料提出了高性能㊁低成本㊁轻量化的要求,而低碳和超低碳贝氏体钢的开发和发展就顺应了这种时代的要求[1-3]㊂南京钢铁集团有限公司(以下简称南钢) 收稿日期:2012-10-20作者简介:李秉军(1986 ),男,山西静乐人,硕士研究生,主要从事微合金元素对低合金高强钢组织性能影响和强韧化机理研究㊂第34卷第3期2013年6月钢 铁 钒 钛IRON STEEL VANADIUM TITANIUMVol.34,No.3June 2013采用B㊁Ti㊁Nb等微合金化技术,通过TMCP工艺开发了厚度为16~30mm的Q690D低碳贝氏钢板,具有优良的强韧配合性能㊂由于采用低碳设计,钢的强度不再主要依靠碳原子的固溶强化作用,Q690D 高强钢的强化机理有待阐明㊂笔者以南钢中厚板卷厂生产的30mm厚的Q690D低碳贝氏体钢板为研究对象,研究了钢板的组织和钢中第二相析出物,分析了B㊁Ti㊁Nb等微合金元素在低碳贝氏体钢板中的作用机理,并讨论了Q690D的主要强化机制㊂1 试验材料和方法 试验采用南钢中厚板卷厂生产的30mm厚的Q690D热轧钢板㊂其工艺路线为:铁水预处理→150t顶底复吹转炉→LF炉精炼→VD真空脱气处理→板坯连铸→步进式加热炉→高压水除鳞→3500mm炉卷轧机→层流冷却→矫直→剪切→喷印标识(→回火→矫直)→检验→入库→发货㊂采用加入硼线㊁铌铁㊁钛铁和钼铁合金对钢进行微合金化处理并通过TMCP工艺生产700MPa级的低碳贝氏体钢㊂钢中控制氮㊁磷㊁硫和氧的含量分别为:w[N]≤45×10-6㊁w[P]≤20×10-6㊁w[S]≤130×10-6和w[O]≤20×10-6,试验钢主要化学成分(南钢中厚板卷厂检测)列于表1㊂钢样在轧制过程中采用TMCP工艺中两个阶段控轧的方法,第二阶段开轧温度小于890℃,目标终轧温度控制在820℃±20℃,终轧速度1.15m/s,水比为4.2㊂表1 试验钢的主要化学成分Table1 Chemical compositions of the tested steels%坯样C Mn Si Cu Nb Mo V Ti B 1#0.0525 1.62330.24710.04630.05490.2070.00340.01770.00174 2#0.0444 1.62370.25690.04400.05370.2000.00390.01890.00203 3#0.0497 1.63000.24590.04310.05590.2100.00360.01780.00184 4#0.0548 1.61000.25080.05430.05540.2050.00360.01880.00200 5#0.0519 1.59170.24750.04640.0550.2190.00360.01860.001702 试验结果2.1 力学性能和显微组织试验用钢的机械性能测试结果如表2所示㊂由表2可知,5炉Q690D试验钢轧坯样的屈服强度为795~825MPa,抗拉强度为810~860MPa,屈强比较高,约在96%左右,延伸率为34.5%~39.5%,试验钢的强度和韧性都十分优良㊂表2 试验钢的机械性能Table2 Mechanical properties of the tested steels坯样屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%屈强比/%1#79581034.598.15 2#81084039.096.43 3#82586037.595.93 4#80083039.596.39 5#82585038.097.06 采用金相显微镜观察Q690D钢的组织,主要由板条状贝氏体㊁粒状贝氏体以及少量的多边形铁素体㊁针状铁素体和M/A岛等几种非平衡组织混合而成㊂如图1所示,通过层流水冷快速冷却,在板坯的表面,组织显微结构主要是板条贝氏体和部分粒状贝氏体以及处在板条贝氏体之间的细小的针状铁素体㊂而在板坯的心部,冷却速度相对板坯的表面较慢,心部的组织主要是粒状贝氏体和准多边形铁素体的复合组织,如图2所示㊂图3显示的是透射电镜下板条状贝氏体和铁素体的高倍形貌以及分布其中的高密度位错和析出相㊂2.2 钢中的第二相析出物试验用钢的萃取复型样品在透射电镜下观察(如图4所示),第二相析出物均匀分布,析出物的形状大多为方形或类方形和圆形,越细小的析出相,其取向关系越不明朗,形貌就越近似于球形㊂析出物的大小基本在20nm,最大的析出物为50nm左右,最小的析出物为10nm左右㊂应用EDX和电子衍射分析(如图5所示),这些第二相析出物为(Nb, Ti)(C,N),析出物中凸起部分的铌含量特别高,而其内核部分的钛含量较高㊂显然,第二相析出物是以TiN为基,NbC附着生长形成的复杂的(Nb,Ti) (C,N)析出相㊂通过对试验用钢薄膜样品TEM观察发现,在贝氏体板条上存在大量高密度位错(如图3(a)㊁(c)所示)㊂第二相析出物就大量地存在于位错线上或位错网上,析出物密集分布且颗粒细小㊂同样在贝㊃87㊃ 钢铁钒钛 2013年第34卷 氏体板条之间及晶界附近也有不少第二相析出物㊂2.3 硼和酸溶硼含量通过北京钢铁研究总院精确的化学分析得出5炉试验钢的全硼与酸溶硼(B s )含量见表3㊂由表3可知,第3炉次坯样,酸溶硼含量为16×10-6,全硼含量(B t )为18×10-6,酸溶硼占全硼量的88.9%;5炉坯样的平均酸溶硼占全硼的比例达到82.6%㊂由此可以说明,硼发生氧化及氮化反应所占的比例很小,主要以酸溶硼形式存在㊂也就说明试验钢中BN 的含量极其微弱,甚至可以忽略不计㊂图1 控轧控冷后Q690D 高强钢表面显微组织:板条状贝氏体(LB)+粒状贝氏体(GB)+M⁃A 岛Fig.1 Surface microstructure of high⁃strength steel Q690D under controlled rolling and controlledcooling process:lath bainite +granular bainite +M⁃A isle structure 图2 控轧控冷后Q690D 高强钢心部显微组织:粒状贝氏体(GB)+准多边形铁素体(QF)Fig.2 Central microstructure of high⁃strength steel Q690D under controlled rolling and controlledcooling process:granular bainite +quasi⁃polygonal ferrite 图3 试验钢精细组织Fig.3 Microstructure of the tested steel㊃97㊃ 第2期 李秉军,等:TMCP 生产低碳贝氏体钢中微合金化元素的作用机理研究 图4 试验钢中的第二相析出物Fig.4 The second phase precipitates of the testedsteel图5 第二相析出物的电子衍射斑以及能谱分析Fig.5 Electron diffraction pattern and energy spectrum analysis of the precipitates表3 Q690D 板材中硼与酸溶硼含量Table 3 Boron and acid soluble boron contentsin Q690D plates样品炉号分析结果/%B sB t酸溶硼占硼总量比例/%1#0.00120.001485.72#0.00130.001776.53#0.00160.001888.94#0.00140.001782.45#0.00120.001485.73 分析和讨论3.1 奥氏体和铁素体相中第二相析出的热力学计算热力学提供了状态平衡和反应过程方向的判据㊂根据热力学的反应基础数据可以得到试验钢在TMCP 工艺下,各种析出反应的平衡溶度积与温度的关系;大体上掌握奥氏体和铁素体相中氮化物㊁碳化物和碳氮化物的开始析出温度及其析出物的析出次序㊂通过查阅有关资料,微合金元素Nb ㊁Ti ㊁B 在奥氏体与铁素体中的溶解度与温度的关系[2]见式(1)~(8)㊂lg {w [Ti ]㊃w [N ]}γ=0.32-8000/T(1)lg {w [B ]㊃w [N ]}γ=4.160-14694/T (2)lg {w [Nb ]㊃w [N ]}γ=3.70-10800/T (3)lg {w [Nb ]㊃w [C ]}γ=2.96-7510/T (4)lg {w [Ti ]㊃w [C ]}γ=2.75-7000/T(5)lg {w [Ti ]㊃w [C ]}α=4.40-9575/T (6)lg {w [Nb ]㊃w [C ]}α=5.40-10960/T(7)lg {w [Nb ]㊃w [N ]}α=4.96-10060/T(8)式(1)~(8)中,w [Nb ]㊁w [Ti ]㊁w [C ]㊁w [N ]分别表示Nb ㊁Ti ㊁C ㊁N 元素固溶在奥氏体或铁素体中的质量分数㊂从式(1)~(8)可见,随着加热温度的提高,合金元素碳㊁氮化物的溶度积和微合金元素的最大溶解度增大,也就是说,固溶到奥氏体㊁铁素体基体㊃08㊃ 钢铁钒钛 2013年第34卷 中的微合金元素就增多㊂将1#微合金钢中Ti㊁Nb㊁N和C的含量带入式(1)~(8)进行计算㊂碳氮化物在奥氏体中析出先后顺序为TiN㊁BN㊁NbN㊁NbC㊁TiC㊂B的平衡固溶度非常小,BN的析出会非常小㊂由于钢中w[Ti]/ w[N]约为5.5,大于理想化学配比3.4,钢中的N含量不足以使Nb㊁Ti全部沉淀析出,因此,必然会有部分Nb㊁Ti和C反应生成NbC和TiC㊂NbC和NbN均为面心立方结构[3],室温下两者的点阵常数相近,可相互形成碳氮复合相㊂NbN㊁NbC㊁TiC 在控轧过程中均符合从铁素体中析出的热力学条件,但Ti㊁Nb的平衡固溶度非常小,从铁素体中析出的TiC㊁NbN和NbC等很少,可忽略不计㊂由此可见,只要奥氏体相变成铁素体,碳㊁氮化物等可基本完成析出㊂碳㊁氮化物的析出也受动力学因素的影响,如果TiC㊁NbN和NbC等在奥氏体中的析出受到抑制,奥氏体相中析出量小,则铁素体相中的析出量增大㊂3.2 强化机制现代微合金高强钢的强化方式不是单一的,其强化效果是多种强化方式叠加的结果[4-5]㊂试验钢采用TMCP技术和微合金化技术,且C㊁N含量较低,试验钢固溶强化效果微弱,主要的强化方式为贝氏体相变强化㊁细晶强化和第二相沉淀强化㊂3.2.1 硼引起的贝氏体相变强化表3中钢铁研究总院精确的化学成分分析结果表明试验用钢全硼含量(B t)是20×10-6左右,而酸溶硼含量(B s)在15×10-6左右㊂文献[6-8]的研究表明在低碳微合金钢中添加20×10-6的硼,钢的淬硬性和韧性是最佳㊂在钢中起淬透性作用的是固溶硼㊂固溶在奥氏体基体中的硼原子,由于尺寸效应,趋向于偏聚到奥氏体晶界处,这种偏聚阻止了奥氏体形变后,再结晶新晶界的运动,从而减慢了再结晶的速度,同时,也阻碍了新相铁素体在晶界处形核,促进了铁素体生成区明显右移,促进贝氏体形成㊂铌是强碳氮化物形成元素,综合加入铌和硼,在热变形后,铌的碳氮化物会通过形变诱导在位错线上析出,减少了固溶在基体中的碳,阻止偏聚在晶界处的固溶硼与碳相结合,抑制Fe(C,B)6在晶界的生成,保证钢中的硼基本上以固溶硼的形式存在㊂这样,在析出相分析过程中几乎观察不到Fe(C,B)6,优化了试验用贝氏体钢的强韧性能㊂3.2.2 TMCP工艺引起的细晶强化试验用钢采用TMCP技术处理,进行两阶段控轧,在890℃以下进入未再结晶区进行轧制,通过在非再结晶区多道次轧制及中间停留,加入钢基体中的微合金元素Nb㊁Ti㊁B等发生偏聚并充分析出使再结晶难以进行㊂终轧后,变形奥氏体内便会生成大量变形位错和各种大小的微合金元素析出物㊂高密度的位错组态促进中温转变组织形核,而诸如TiN㊁NbC以及(Nb,Ti)(C,N)等第二相析出物的充分析出对位错的钉扎抑制了新相长大,而析出相还可以作为新相潜在的形核位置[9-11]㊂这样,TMCP 技术与Nb㊁Ti㊁B等微合金元素加入既促进了贝氏体和多边形铁素体的形核,又限制了它们的长大,充分细化了组织晶粒,达到了细晶强化的作用㊂如图3所示,贝氏体板条束宽约为0.3~0.8μm㊂3.2.3 第二相析出强化材料通过基体中分布有细小弥散的第二相颗粒而产生强化的方法称为第二相强化㊂根据第二相颗粒与滑移位错的交互作用,可以分为两种强化机制:位错绕过第二相颗粒并留下环绕颗粒的位错环的Orowan机制和位错切过第二相的切过机制[12-13]㊂钢铁材料的屈服强度与第二相尺寸的关系如图6所示㊂由图6可见,第二相尺寸存在一个临界转换尺寸㊂当第二相与铁基体界面能在0.5~1.1J/ m2范围时,碳氮化铌与铁素体的界面能较高,临界转换尺寸较小,约为1.6nm㊂试验用钢中析出物尺寸在20nm左右,远大于临界尺寸,其第二相沉淀强化机制应属于Orowan机制㊂由图4可知,析出相弥散分布于基体内,且析出量较大,则试验钢中第二相析出强化对其强度的贡献也是颇为可观的㊂图6 钢铁材料的屈服强度与第二相尺寸关系Fig.6 Relationship between yield strength and size of the second phase of iron and steel materials㊃18㊃ 第2期 李秉军,等:TMCP生产低碳贝氏体钢中微合金化元素的作用机理研究 4 结论 采用Nb㊁Ti㊁B等微合金化技术,通过TMCP工艺开发了厚度为16~30mm的Q690D低碳贝氏钢板,研究结果表明:1)钢板具有良好的强韧性,组织主要由板条状贝氏体㊁粒状贝氏体以及少量的多边形铁素体㊁针状铁素体和M-A岛等几种非平衡组织混合而成㊂2)试验钢中的第二相析出物主要是TiN㊁NbC 和以TiN为核心,NbC为包裹的复杂的(Nb,Ti)(C, N)析出相㊂钢中的B主要以酸溶硼的形式存在㊂3)试验钢的主要强化方式为贝氏体相变强化㊁第二相析出间接引起的细晶强化和Orowan机制控制的第二相沉淀强化㊂参考文献[1] Yong Qilong.Secondary phases in steels[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2006.(雍岐龙.钢铁材料中的第二相[M].北京:冶金工业出版社,2006.)[2] Qi Junjie,Huang Yunhua,Zhang Yue.Microalloyed steel[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2006.(齐俊杰,黄运华,张跃.微合金钢[M].北京:冶金工业出版社,2006.)[3] He Xinlai,Shang Chengjia,Yang Shanwu,et al.High⁃performance low⁃carborn bainitic steel⁃composition,process,structure,per⁃formance and application[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2006.(贺信莱,尚成嘉,杨善武,等.高性能低碳贝氏体钢 成分㊁工艺㊁组织㊁性能与应用[M].北京:冶金工业出版社,2006.)[4] Djahazi M,He X L,Jonas J J,Sun W P.Nb(C,N)precipitation and austenite recrystallization in boron⁃containing high⁃strengthlow⁃alloy steels[J].Metallurgical Transactions,1992,23A:2111-2120.[5] Melloy G F,Slimmon P R,Podgursky P P.Optimizing the boron effect[J].Metall.Trans.A,1973,4:2279-2289.[6] Maitrepierre P,Vernis R J,Thivellier D.Structure⁃properties relationships 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TMCP工艺试制低碳贝氏体Q550D高强钢
采用低碳 Ｃ— 微合 金化 成分设计 ，合理 控制 ｒＭｏ
Ｔ Ｐ工 艺参 数 ，成功 开发 了厚度 ２ ｍ、０ｍ 的 ＭＣ ０ｍ ３ ｍ Ｑ ５ Ｄ级高强钢 ，两种规格 的轧态钢板各项力学性能 ５０
８Ｙ ２ ， ｉ ０ ７ ， ７ｎ 【蝴 向 理 ６）５Ｙ ，》 】 ， ：０３８１１ｉ “ ， （：－． ｙ
６ ０ １ ８ 范 围内。 ５ ～ ０ｑ ６ Ｃ 加入低碳硅锰 ， 、 、 铌 钒 钛铁进行 合金化 ， 用硅铝钡终脱氧操作 。 采 钢水到站温度 目标 ：
最后凝固的收缩， 减轻或消除中心偏析。采用弱冷却 霉
制度 ， 稳定拉速在 ０ ．ｍｍｎ 间。铸坯低倍试样 ． １１ ／ｉ之 ９ 结果分析质量 较好 ， 其缺 陷级别 满足产 品要求 而且铸
【 翁宇庆 超 细 晶钢—钢的组织细化理论与控制技术【 】 ｌ 】 Ｍ． ： 北京 冶 金工业出版社 ，０ ３ ２ ３ ２ ４ ２ ０ ：７ — ７ ．
【 贺信 莱．ｌ ２ 】 ２ 世纪新 钢种一 碳贝 氏体钢 ［． 低 Ｊ金属世 界 ，９６６ ： ］ １９ （）
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【 贺信 莱 ， ３ 】 尚成嘉 ， 杨善武 ， 一种用 于高强度低 合金钢生产 的 等． 弛豫 一 出一 制相 变技术 ｆ】 析 控 Ｐ 中国专利 ：０ １１６０ ． ０． ． ２０ １５５．２ １ ３０
合金元素 ， 利用控制轧制及控制冷却 ， 充分发挥合金元 素的作用 ， 通过各强化机制的组合来 提高强韧性［ 。因
此， 低碳贝氏体钢被国际上誉为 ２ 世纪钢种罔 天钢为 １ 。 加快高附加值产品开发步伐， 调整中厚板产品结构， 提
升市场竞争力 ，在现有 ３５０ｍ ０ ｍ轧机上挖掘潜力 ， 开 发 Ｑ５ ５０级别高强度结构钢 ， 从而 占领高端产 品市 场 。 目前 ， 天钢开发出的 Ｑ ５Ｄ高强结 构钢已取得 良好效 ５０
北京科技大学科技成果——钢材品种开发与性能优化技术
北京科技大学科技成果——钢材品种开发与性能优化技术成果简介高效轧制国家工程研究中心多年来与企业合作进行钢材品种的开发和性能优化技术，积累了丰富的经验和技术。
自九五以来，即开始进行汽车用钢、热轧宽带钢、中厚板的开发和性能优化，开发了多种新品种，满足了国民经济建设的需要。
汽车用钢系列：（1）超深冲和深冲钢板系列：IF钢板、新型微碳深冲钢板等，该两种钢板是广泛在汽车上使用的新型高效钢材，以高纯净、高塑性和高成形性为特征，代表了现代钢材向高纯净方向发展的趋势。
与宝钢、武钢分别合作开发了适合该两厂装备条件的IF钢，目前宝钢已经大批量生产，并将逐步在引进高档轿车上使用，替代进口。
（2）高强板系列：深冲高强板、冲压用高强板是汽车行业广泛使用的材料，特别是随着能源短缺的出现，由于使用高强板的汽车节能效果非常显著，因而受到欢迎。
与武钢、鞍钢合作开发了超低碳含磷深冲板，超低碳烘烤硬化板，双相钢板，应变诱导塑性钢板等等，通过装车试用收到了很好的节能和节材效果。
（3）超高强板系列：在高档汽车和先进概念车上，超高强度的汽车板使用越来越多。
高效轧制国家工程研究中心立足基础应用研究，开发了孪晶诱导塑性钢、淬火配分钢、热成形钢。
通过超高强板的应用可以起到安全、节能、环保的作用。
热轧板卷系列：热轧板卷系列品种方面，如造船板、集装箱板、管线钢、汽车大梁板、工程机械钢、压力容器用钢、高层建筑用钢、高强/耐候桥梁钢、锅炉用钢等方面做了许多项目，在雄厚的技术理论支撑下，结合现场生产积累了丰富的实践经验。
（1）造船板系列：与国内多家企业合作开发了D、E、D36、E40、F40等高强韧船板生产技术，并通过九国船级社认证。
（2）管线钢系列：与国内多家企业合作开发了X42、X52、X60、X65、X70、X80、X100热轧钢板。
最近完成了为国家西气东输二线工程所需要的X80管线钢的开发，同时成功开发了抗酸性环境及地震冻土带用高品质管线钢产品。
新颖的贝氏体铁素体双相低碳微合金钢
40岁,副教授973No.199********Vol.25No.3尚成嘉等5高达22%Óɴ˿ɼûÇ¿¶ÈËä±È±´ÊÏÌå¸ÖÂÔµÍͼ3是该双相钢经过不同温度回火1¾-500~650Ç¿¶ÈÉÏÉýµ±»Ø»ðζȵ½680Ͻµµ½720MPa5可稳定达到25%以上ＭＰａ级的高强度微合金钢另外该双相低碳微合金钢的冲击韧性很高时其冲击功分别62,62,60,68,59,冲击功为半宽度试样结果)¿É¼ûÁÑÎÆÊÜ×èÔÚÌúËØÌåÄÚÓÐ˺ÁѵÄÌØÕ÷ÌúËØÌåÔÚ»ùÌåÖжÔËÜÐÔ¼°ÈÍÐÔÆð×ÅÖØÒª×÷ÓÃÌúËØÌå·Ö²¼ÔÚÔ-°ÂÊÏÌ徧½ç¼°¾§Á£ÄÚËùÕ¼Ìå»ýÔÚ20%左右贝氏体板条束的尺寸也很细屈服强度略有降低680MPa图1典型的贝氏体/铁素体双相组织５５０６００６５０７００图3贝氏体/铁素体双相低碳微合金钢的力学性能随回火温度的变化ｈＦｉｇ．３Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｄｕａｌ－ｐｈａｓｅｓｔｅｅｌａｆｔｅｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇｆｏｒ１／5/%/5图4贝氏体/铁素体双相钢的冲击试样的二次裂纹Fig.4The second crack in an impact specimen of dual-phase low-carbon microalloyingsteel•290•ÑîÉÆÎäMPa 级低合金高强度钢的影响[J].北京科技大学学报,2002,24(2):1294Sudo M,Iwai T,Hashimoto S,et al.Effect of controlledcooling on the mechanical properties of as-hot-rooled muti-phase steel sheets [A].Southwick P D.Accelerated Cooling of steel [C].Warrendale:TMS-AIME,1986.5015Coldren P,Tither G.Development of a Mn-Si-Mo as ro-oled dual-phase steel [J].J Met,1978,30:66Rodrigues P C M,Pereloma E V ,Santos D B.Mechanicalproperties of an HSLA bainitic steel subjected to control-led rolling with accelerated cooling [J].Mater Sci Eng,2000,A283:136A Bainite/Ferrite Dual-Phase Low-carbon Microalloying Steel with High Strength and DuctilitySHANG Chengjia,YANG Shanwu,WANG Xuemin,HE xinlaiMaterials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,ChinaABSTRACT A ferrite/bainite dual-phase low-carbon microalloying steel has been obtained by special microal-loying design and optimum thermo-mechanical control process(TMCP).The microstructure shows that there are some amounts of ferrite/quasi-polygonal ferrite on the prior-austenite boundary and/or within the grains,and the rest of matrix is ultra-fine lath-like bainitic ferrite.The ferrite grain size is also very fine (about several microns ).The mechanical properties of this kind of dual-phase steel show that the yield strength do not decrease obviously com-paring with the ultra-fine bainitic steel,but the elongation increases.For a700for 1h),the elongation is more than 25%.This kind of dual-phase low-carbon microalloying steel hasthe advantages of more than 700。
HQ590DB超低碳贝氏体钢中厚板的研制
HQ590DB 超低碳贝氏体钢中厚板的研制赵志平 康永林丛津功 张晓刚(北京科技大学材料学院,北京100083) (鞍山新轧钢股份公司,鞍山114021)摘 要 采用180t 转炉-RH -LF(Ca 处理)-连铸坯(mm):230(300) 1650 6000-4300轧机控轧控冷工艺试制了HQ590DB 超低碳贝氏体钢(%):0 05C,1 5Mn,0 04Nb,0 02Ti, 0 0002B 的30~40mm 中板。
连铸坯的[H]1 7 10-6,[O]21 10-6,[N]29 10-6。
终轧温度800~850 ,控制终冷温度590~630 ,获得铁素体+板条状贝氏体组织,钢板抗拉强度 b 650~690MPa,屈服强度 0.2490~590MPa,延伸率 520%,并具有良好的成形性能。
关键词 超低碳 贝氏体钢 中厚板 控轧控冷Research and Production on Medium and Heavy Plate of HQ590DBUltra -Low Carbon Bainitic SteelZhao Zhiping and Kang Yonglin(University of Science and Technology,Beijing 100083)C ong Jingong and Zhang Xiaogang(Anshan New Rolling Steel Co Ltd,Anshan 114021)Abstract The 30~40mm medium plate of HQ590DB ultra -low carbon baini tic steel -0 05C -1 5Mn -0 04Nb -0 02T-i 0 0002B has been pilo-t produced by 180t converter-RH-LF(Ca treated)-concasting slab:230(300)mm1650mm 6000mm -4300mill con trolled rolling and cooling process.[H]in concasting slab was 1 7 10-6,[O]21 10-6and [N]29 10-6.With controlled fini shing rolling temperature between 800and 850 and cooling temperature betwwen 590and 630 ,the structure of ferrite +lath bainite was obtained,the tensile strength b of plate was 650~690MPa,yield strength 0.2490~590MPa,elongati on 520%,and the plate has excellent formabili ty.M aterial Index Ultra -Low Carbon,Bainitic Steel,Mediu m and Heavy Plate,Controlled Rolling and Cooling我国在开展新一代钢铁材料重点基础研究项目中,要求钢板在维持较低成本增长的同时大幅度的提高性能[1]。
《2024年高碳Cr-Si-Mo钢的低温贝氏体转变行为及力学性能》范文
《高碳Cr-Si-Mo钢的低温贝氏体转变行为及力学性能》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料作为最重要的工程材料之一，其性能的优化和改良显得尤为重要。
高碳Cr-Si-Mo钢以其出色的强度、韧性及耐磨性，广泛应用于汽车、机械制造、航空航天等关键领域。
尤其当钢经过特定的热处理后，如低温贝氏体转变过程，其性能可得到进一步的提升。
本篇论文主要探讨了高碳Cr-Si-Mo钢在低温贝氏体转变过程中的行为及所得力学性能的研究。
二、材料与方法本部分主要介绍所使用的实验材料、设备及研究方法。
（一）实验材料本实验选用的是高碳Cr-Si-Mo钢。
（二）实验方法通过热模拟实验和金相观察，研究了该钢的低温贝氏体转变过程，并通过力学性能测试对其性能进行评估。
（三）低温贝氏体转变处理具体包括了冷却速率、转变温度等条件的控制，以探索最佳的贝氏体转变条件。
三、低温贝氏体转变行为（一）微观结构变化在低温贝氏体转变过程中，高碳Cr-Si-Mo钢的微观结构发生了显著变化。
通过金相观察和电子显微镜分析，发现随着温度的降低和时间的延长，钢中的贝氏体结构逐渐形成，并且形成了精细的铁素体和渗碳体的层状结构。
（二）冷却速率的影响研究表明，冷却速率对贝氏体的形成具有显著影响。
快速冷却导致更细小的贝氏体形成，提高了钢的硬度和强度；而缓慢冷却则有助于形成更大尺寸的贝氏体，可能对韧性有所影响。
四、力学性能分析（一）硬度与强度经过低温贝氏体转变处理的高碳Cr-Si-Mo钢，其硬度与强度得到了显著提高。
特别是当采用适当的冷却速率时，其硬度可达到较高水平，满足了高强度和高耐磨性的要求。
（二）韧性及冲击性能除了硬度和强度外，韧性也是衡量钢性能的重要指标。
本实验发现，经过适当的低温贝氏体转变处理后，钢的韧性得到了显著提高，同时冲击性能也得到了改善。
这主要归因于贝氏体的精细结构和均匀分布的渗碳体。
五、结论通过对高碳Cr-Si-Mo钢的低温贝氏体转变行为及力学性能的研究，我们得出以下结论：1. 低温贝氏体转变过程对高碳Cr-Si-Mo钢的微观结构和性能具有显著影响。
超低碳贝氏体钢的组织与力学性能研究
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准贝氏体高强耐磨钢的开发和工艺研究
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１ 概 述
约 。２ Ｏ世纪 ５ 代 ， Ｏ年 研究 出空冷 获 得 贝 氏体组织 的钢 ＿ ， 为贝 氏体 钢 ， １称 ］ 组织 系 典 型 贝 氏体 。虽然
好 的强 韧性 、 磨 性 和 焊 接 性 。 耐
关 键 词 准 贝 氏体
典 型贝 氏体
贝 氏体 铁 素 体
残 余 奥 氏体
耐磨 性
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔａ ｄ Ｐ ｏ ｅ ｓＳ ｕ ｙｏ ａ ｉ ｂ ｉ ｔ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ｔｄ ｆＱｕ ｓ－ ａｎ ｉ ｃ
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芷了 一 种 热 轧 十 低 温 回 ． 态 交 货 的 非 调 质 高 状
碍 了 贝 氏体钢 的推广 应用 。
通 过 对 贝 氏体 相 变 的 深 入 研 究 ， Ｏ世 纪 ８ ２ Ｏ 年代． 康沫 狂教 授提 出了” 贝 氏体” 准 这一 概 念ｌ 。 ２ ］ 舞 钢公 司根据这 个理 论 ， 结合 现 有设 备 能力 ， 成功 开发 了准 贝 氏体 高强 度 耐磨 钢 ， 的综 合 性能 超 它 过 了当前 的典 型 贝氏 体铜 、 调质 钢 等 ， 组 织 由贝 其期 ２
RPC技术原理及新一代超细1
WQ
热模拟工艺
（1）弛豫时间对组织细化的影响 850℃变形30%，不同弛豫时间后组织细化情况
a） b)
c)
160m
(a) 0s,
(b) 200s,
(c) 1000s
850℃变形30%后的束尺寸定量统计
弛豫200S时，束 长度为未弛豫试样 中长度的1/6 束宽度为未弛豫试 样中宽度的1/7～ 1/8
(a)
300nm (a)
120nm
360nm
（a）0S 变形后位错大 量缠结成网
(c)200S 大量出现在位错 的网状结构上， 稳定并强化胞状 结构
三位一体的超细化机制
· 一定取向差位错胞状结构（亚晶）的限制 作用 · 冷却时先形成的针状铁素体的分割作用 · 微细Nb、Ti化物析出相的稳定作用 充分利用了晶体缺陷的演变及微细Nb化物 析出，形成了创新的RPC技术
多年来世界 各国已发展钢 种的组织与强 度关系统计规 律 600MPa以 上钢种均采用 贝氏体组织
钢种类型与强度的关系
（2）高强度钢的可焊性问题
强度↑→合金含量↑→碳当量↑→焊接性能↓ 研究发现，在碳含量，碳当量的综合图上有三个区域。
Ⅰ区内钢均可焊，碳当量 无明显影响 Ⅱ 区内只有在一定下，碳 当量较低时可焊 Ⅲ 区内有高冷裂纹倾向， 难焊 只要碳含量在0.08%以下， 焊接性能就没问题 世界各国近年发展钢种在 图上位置变化，向低碳贝氏 体方向发展
多用途技术，调整各 类组织配比与分布，可 达到不同强度级别以及 强韧性配合
(五)主要工艺参数对组织细化效果的影响
1250 ℃ 20min t=0, 30, 60, 200, 1000s
变形形温度、 变形量和弛豫 时间的影响
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北京科技大学科技成果——高性能低碳贝氏体钢的
研究与开发
项目简介
本项目得到国家973和863等项目支持，从基础理论研究出发，提出了使低碳贝氏体组织高强韧化和超细化的理论原理，发明了有自主知识产权的弛豫-析出-控制相变（RPC）专利工艺技术。
这种理论原理和专利技术在大型钢铁企业实现了产业化，形成了我国具有优良综合性能及很高热稳定性的，以超细低碳贝氏体组织为基体的高强度低成本节能型新钢种系列。
新钢系列已发展到有8个强度级别，近20个牌号，产量已超过40万吨，大批量在重要工程领域中应用，使我国高性能焊接结构钢的研究与生产水平达到国际前列。
2006年获得了冶金科技一等奖和辽宁省科技一等奖，2007年获得了教育部科技进步一等奖，已授权两项专利。
经济效益及市场分析
目前大批量600-800MPa级新一代钢已用于我国几千台煤矿液压支架制造，使矿用液压支架自重由原来每台32吨（主要采用16Mn 钢制造）降为24吨（降25%），产品的性能已可完全取代采用调质钢制造的国际名牌，德国DBT公司产品，并且国产化后的液压支架价格比进口价大幅度降低，使一条由150-200台支架组成的煤矿生产线的设备投入降低近亿元。
另外以低碳贝氏体为基体的新一代桥梁用钢，已大批量使用于我
国特大公路和铁路桥梁建设，鞍钢生产的6000多吨16-80mm厚新一代桥梁钢已用于世界上最大跨度的钢衍架拱桥重庆朝天门长江大桥，武钢的超低碳贝氏体桥梁钢已大批量使用于京沪高速铁路南京大胜关长江大桥，使我国高强高可焊性桥梁钢达到国际上第二代桥梁钢的先进水平。
近年来，以低碳贝氏体为基体的我国高强度海洋平台及船舶用钢已取代进口调质钢应用于我国最大的4000吨深海打捞船（华天号）及春晓油田海上采油平台的制造，在我国工程机械，汽车吊，高空作业车及军用重载舟桥上新一代600-800MPa高强度极低碳贝氏体钢也已得到广泛应用，并正在向1000MPa级钢种方向发展，使我国制造业产品更新换代，赶上国际先进水平，取得了巨大的经济效益和社会效益。