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Q460C钢的成分设计及控轧控冷工艺优化

作　者: 孔冠宏
导　师: 李胜利；张殿英
学　校: 山东大学
专　业: 材料工程
关键词: Q460C钢板控制轧制控制冷却带状贝氏体再结晶
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于铌、钒合金价格不断上涨,造成低合金高强度钢生产成本显著增加。因此,如何保证钢材力学性能尽量少添加或不添加高价位的微合金元素,已成为国内外研究的热点。Q460C钢是一种典型的低合金高强度钢,具有较高的强度和良好的塑韧性,广泛应用于煤矿液压支架、刮板输送机等设备的生产制造中,是济南钢铁集团(以下简称济钢)中厚钢板的重要品种之一。本文针对济钢Q460C钢合金成本偏高和个别批次强度偏高而塑韧性不合的问题展开研究。对比分析已生产的轧态合格与热处理挽救合格及未合格Q460C钢板的组织,探索合金成分与组织性能的关系,对合金成分进行优化；通过测定优化后Q460C钢的再结晶曲线和CCT曲线,提出控轧控冷工艺的优化方案；最后根据确定的Q460C钢合金成分和TMCP工艺参数进行了现场工业性实验,经过系统研究得出以下主要结论：(1)济钢批量化生产的部分Q460C钢板主要是塑性和冲击韧性不合格,性能不合格的试样从1/4厚度处到中心处均出现了不同数量的带状贝氏体组织,分析认为这是引起其拉伸断口出现木纹状分层现象的重要原因,同时也是导致Q460C钢板延伸率和冲击韧性降低的根本原因。(2)微合金碳氮化物主要有TiN、Nb(C、N)、V(C、N)。TiN固溶和析出温度较高,多呈正方形或近似正方形,且尺寸较大；另外还存在TiN与Nb(C、N)、V(C、N)复合析出,这类析出物可以有效阻止奥氏体化过程及粗轧再结晶后的晶粒长大。Nb(C、N)和V(C、N)主要在位错、晶界和亚晶界等处析出,一般成椭圆形、圆形或不规则形状,可以有效钉扎位错运动,产生显著的晶粒细化效果。为控制其在晶界或亚晶界上的析出量,可以适当降低析出温度。(3)针对济钢生产实际提出了不添加V元素的Q460C钢Nb-Ti合金系的优化设计。经过计算预测了优化后Q460C钢的主要力学性能和焊接性能。(4)对新设计Q460C钢的静态再结晶曲线、真应力-真应变曲线和CCT曲线进行分析研究。在理论计算的基础上得出：新设计Q460C钢粗轧阶段再结晶不能完全进行,变形奥氏体经历再结晶次数较少,开轧初期宜采用小压下量以减少粗大再结晶晶粒的体积分数,前4道次压下量可设定在8.5mm以下,末道次须采取大的应变量以细化奥氏体晶粒,终轧温度控制在1020℃；精轧阶段的开轧温度控制在900℃以下,终轧温度控制在830～850℃；冷却速度根据钢板厚度的差异,控制在5～10℃/s之间,终冷温度控制在670～690℃左右,控冷后直接空冷至室温。(5)根据济钢生产现场工装条件确定了Q460C钢的合金成分和TMCP工艺参数方案,在济钢用优化后的合金成分和TMCP工艺参数进行了批量试验,结果表明：新工艺流程顺畅,合金成本降低20%。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章绪论  14-27
  1.1 引言  14
  1.2 国内外低合金高强度钢研究现状  14-17
    1.2.1 国外低合金高强度钢研究现状  14-16
    1.2.2 国内低合金高强度钢研究现状  16-17
  1.3 低合金高强度钢的强韧化理论  17-21
    1.3.1 晶粒细化  17-18
    1.3.2 固溶强化  18
    1.3.3 析出强化  18-19
    1.3.4 位错强化  19-20
    1.3.5 亚晶强化  20
    1.3.6 相变强化  20-21
  1.4 TMCP工艺评述  21-26
    1.4.1 控制轧制工艺的类型及特点  21-23
    1.4.2 控制冷却工艺及控制冷却方式  23-25
    1.4.3 控轧控冷工艺的研究现状及前景  25-26
  1.5 本课题的研究背景和内容  26-27
    1.5.1 研究背景  26
    1.5.2 研究内容  26-27
第二章实验材料和方法  27-31
  2.1 实验材料  27
  2.2 实验方法  27-31
    2.2.1 显微组织观察与分析  27-28
    2.2.2 性能测试与分析  28-29
    2.2.3 热模拟实验  29-31
第三章 Q460C钢的微观组织及性能  31-41
  3.1 金相组织与性能分析  31-35
  3.2 断口形貌与性能分析  35-37
    3.2.1 冲击断口形貌  35-36
    3.2.2 拉伸断口形貌  36-37
  3.3 碳氮化物的析出形态和分布  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章 Q460C钢合金成分优化及性能预测分析  41-52
  4.1 Q460C钢合金成分的定量和定性设计  41-49
    4.1.1 碳元素  41-42
    4.1.2 锰元素  42
    4.1.3 硅元素  42
    4.1.4 铝元素  42-43
    4.1.5 硼元素  43-44
    4.1.6 微合金元素Nb、V、Ti  44-48
    4.1.7 有害杂质元素  48
    4.1.8 Q460C钢的成分设计确定  48-49
  4.2 Q460C钢的强度校核  49-50
  4.3 Q460C钢的焊接性能分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 Q460C钢的控轧控冷工艺优化和工业性实验  52-72
  5.1 Q460C钢的再结晶曲线测定  52-60
    5.1.1 静态再结晶曲线测定  52-56
    5.1.2 真应力-真应变曲线的测定  56-60
  5.2 Q460C钢的CCT曲线测定  60-63
  5.3 控制轧制工艺优化  63-68
  5.4 控制冷却工艺优化  68-70
    5.4.1 冷却速度的控制  69
    5.4.2 终冷温度的控制  69-70
  5.5 Q460C钢的工业性实验  70-71
  5.6 本章小结  71-72
第六章结论  72-73
参考文献  73-80
致谢  80-81
在学研究成果  81-82
学位论文评阅及答辩情况表  82

Q460C钢的成分设计及控轧控冷工艺优化

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