终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和力学性能的影响

利用Gleeble-2000D热模拟机、550 mm轧机、扫描电镜等研究了终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和性能的影响。首先,在水冷-空冷-水冷模式下研究终轧温度对显微组织和力学性能影响,结果表明:随终轧温度降低,基体组织带状加剧,且铁素体形态由多边形转变为沿轧制方向变形的椭圆形;当终轧温度低于800℃时,铁素体比例明显增加,贝氏体比例下降,抗拉强度下降。其次,在850℃的终轧温度下研究了冷却工艺对显微组织和力学性能的影响,结果表明:当终轧后冷却方式为水冷时,基体组织以准多边形铁素体和针状铁素体为主,伸长率较低;终轧后采用水冷-空冷-水冷方式冷却时,基体组织以块状铁素体和贝氏体为主,伸长率较高。

铁素体贝氏体双相钢延伸凸缘性能及裂纹扩展行为

以TMCP（Thermo Mechanical Control Process）实验获得的低成本热轧FB（Ferrite/Bainite）钢为研究对象,通过扩孔实验评价FB钢板的延伸凸缘性能,分析显微组织对延伸凸缘性能的影响,并对扩孔过程中FB钢的裂纹扩展行为进行探讨。结果表明：当贝氏体体积分数在19～25%时,热轧FB钢的抗拉强度不低于551 MPa、扩孔率不小于77%,力学性能和延伸凸缘性能综合起来比较良好;裂纹通过孔洞和微裂纹相互扩展、连接的方式进行;当裂纹扩展到硬相的贝氏体时,裂纹沿着铁素体和贝氏体的相界面绕过贝氏体,并切断铁素体继续扩展。

铬对C-Si-Mn-Nb铁素体贝氏体双相钢相变规律的影响

通过比较C-Si-Mn-Nb和C-Si-Mn-Cr-Nb两种实验钢热变形后的CCT曲线,分析了合金元素Cr对铁素体贝氏体双相钢连续冷却过程相变规律和组织演变的影响。结果表明,Cr可轻微抑制实验钢的铁素体转变,细化铁素体晶粒,但对铁素体显微硬度没有影响。在铁素体转变量很少或未转变的情况下,Cr可增强亚稳奥氏体的稳定性和淬透性,细化贝氏体产物中的铁素体板条和MA岛,提高贝氏体的显微硬度。

冷却工艺对热轧铁素体贝氏体双相钢组织与性能的影响

设计了一种低碳铁素体贝氏体双相钢,用Gleeble-3500热模拟机测定了该试验钢变形后的连续冷却转变(CCT)曲线,并对试验钢进行了控轧控冷试验,研究不同冷却工艺对试验钢组织和性能的影响。结果表明,变形后的CCT曲线分为铁素体转变区和贝氏体转变区。试验钢热轧后经不同冷却方式都能获得铁素体贝氏体双相组织。三段式冷却方式比两段式冷却得到的铁素体体积分数减少,晶粒尺寸更小。840℃终轧后水冷到690℃,空冷8 s左右,试验钢抗拉强度达到765 MPa,伸长率为20%,综合性能良好。

铁素体／贝氏体双相钢的变形和断裂特性

对一种低碳硅锰钢进行TMCP实验，获得了不同铁素体形态的铁素体／贝氏体双相钢（FB钢）．研究了FB钢在单轴拉伸下的变形行为及断裂特性，结果表明：在均匀塑性变形阶段，FB钢的瞬时加工硬化指数n＊值与真应变ε的关系曲线可分为n＊值较高、n＊值随ε缓慢下降以及n＊值随ε迅速下降三个阶段．与等轴铁素体／贝氏体双相钢相比，准多边形铁素体／贝氏体双相钢的强度和低应变区的n＊值均比较高．FB钢拉伸试样颈缩区的孔洞或微裂纹产生在F—B相界面附近和铁素体内，有助于减弱裂纹尖端附近的局部应力集中，改善钢材的抗裂纹扩展性能．

高扩孔型铁素体/贝氏体双相钢组织性能研究

对540MPa级铁素体/贝氏体双相钢的组织性能进行分析研究。结果表明,试验钢的显微组织为85%左右的铁素体加上15%左右的贝氏体;铁素体晶粒尺寸细小,基体中有较高的位错密度和大量细小弥散的析出物;贝氏体在铁素体基体上分布均匀,以板条状为主,板条间分布有较多碳化物颗粒。通过合适的成分设计和控轧控冷手段获得的铁素体/贝氏体双相钢组织形态,可较好地保证材料所需的强度-拉伸凸缘性能匹配。

铁素体/贝氏体双相钢的延伸凸缘性能研究

采用多功能板料成形机,研究了铁素体/贝氏体双相钢的延伸凸缘性能与铁素体晶粒尺寸、贝氏体体积分数、制样工艺、扩孔工艺之间的关系,并与铁素体/马氏体双相钢的试验结果进行对比分析。结果表明,钢的组织形态和制样工艺对延伸凸缘性能影响显著,减少钢中各相强度差和改善孔缘状态可有效提高延伸凸缘性能。

分段冷却工艺对微合金铁素体-贝氏体双相钢组织和性能的影响

利用Gleeble-1500型热模拟试验机测定了微合金铁素体-贝氏体双相钢变形后的连续冷却转变曲线;根据试验钢相变规律,研究了单道次变形后分(两)段水冷工艺的保温时间和保温温度对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着保温温度的升高(630～700℃),试验钢铁素体尺寸略微增大,强度和伸长率先增大后减小,在保温温度为680℃时性能最佳;680℃时随着保温时间的延长(5～10 s),铁素体晶粒尺寸逐渐增大,均为等轴状,其强度和伸长率呈下降趋势,在保温时间为5 s时综合性能最佳。

铌钛微合金化铁素体-贝氏体双相管线钢再加热时奥氏体晶粒的长大行为

采用Thermo-calc热力学软件以及硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了铌钛微合金化铁素体-贝氏体双相管线钢在1 050~1 220℃再加热过程中奥氏体晶粒的长大行为以及铌的固溶行为对晶粒尺寸的影响。结果表明：在试验温度范围内,试验钢奥氏体晶粒的平均尺寸随再加热温度升高而增大;增加铌含量能有效抑制奥氏体晶粒长大,但当铌的质量分数增至0.080%时,奥氏体晶粒的大小和分布不均匀;再加热过程中钛在奥氏体中主要以沉淀相存在,铌在奥氏体中的固溶量随温度升高呈＂S＂形增加,未固溶铌含量是影响奥氏体晶粒尺寸的关键因素;试验钢中碳和钛的质量分数分别为0.065%和0.01%时,控制未固溶铌的质量分数高于0.005%即可将奥氏体晶粒尺寸有效控制在100μm以内。

铁素体/贝氏体双相钢循环载荷作用下变形行为的模拟研究

为了避免铁素体/贝氏体双相钢管线管在服役过程中的交变载荷作用下引起的塑性损伤,采用有限元模拟方法,建立了Chaboche随动强化模型,研究了铁素体/贝氏体双相钢在循环应变载荷作用下的变形行为。结果显示,在循环应变作用下,应变优先在铁素体中形成累积,并在铁素体、贝氏体界面集中;随应变幅的增大,应变带在铁素体中形成,而贝氏体内累积应变增加不大,两相界面应变差增大。研究表明,铁素体内应变和两相应变差的增加将降低双相钢的塑性变形能力。

马氏体对铁素体-贝氏体双相钢机械性能的影响

本文研究的是4种热轧双相钢的组织与性能之间的关系，这4种双相钢中的马氏体相含量在2％～6％之间。研究发现这些双相钢中含有少量马氏体（2％或更多）可以产生连续的屈服行为，具有一般双相钢的特点。这些双相钢中含有大量的贝氏体（47％～74％），不但具有高的机械性能的同时还具有足够的延性。这些钢的应变硬化指数相当低。与普通的C—Mn—Si钢相比，这些双相钢中的合金元素如Cr，Mo和V能显著提高强度。

卷取温度对热轧酸洗低碳铁素体/贝氏体双相钢力学性能的影响

为了生产出力学性能理想的热轧酸洗低碳铁素体/贝氏体双相钢,针对不同卷取温度对C–Mn系低碳铁素体/贝氏体双相钢力学性能的影响进行研究。结果表明:对于含碳量较低的铁素体/贝氏体双相钢,在贝氏体区采取不同的卷取温度,将获得不同形貌的贝氏体组织,同时影响组织的晶粒度级别,进而对屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能产生重要影响。通过合理控制卷取温度,可以生产出高强度、高延伸率、低屈强比的优质铁素体/贝氏体双相钢。

Si对热轧铁素体-贝氏体双相钢显微组织变化和机械性能的影响

系统的研究了si对铁素体-贝氏体双相（FBDP）钢显微组织变化、拉伸性能、冲击韧性和拉伸凸缘性的影响，从0到0．95％加人si可促进细的铁素体等轴晶的形成，高Si（0．95％）时也可导致块状马氏体岛和残余奥氏体的形成。随si含量的增加屈服强度、抗拉强度和延伸率提高，因此，由于加入si提高了应变硬化速率，改善了抗拉强度和韧性之间的平衡。孔扩张后的裂纹形貌表明FBDP钢有极好的拉伸凸缘性，这与显微裂纹在铁素体相内扩展以及铁素体晶粒沿与裂纹垂直方向延伸有关。含0．95％Si钢与含0．55％Si钢相似都有高强度与高冲击韧性组合，特别是含0．95％Si钢表现出极好的抗拉强度与拉伸凸缘性组合。

铁素体-贝氏体双相钢韧性断裂过程中的夹杂物临界尺寸及孔洞生长

利用多模态关联成像方法研究了铁素体-贝氏体双相钢韧性断裂过程中局部微结构对孔洞生长的影响。首先使用X射线CT成像技术,从宏观层面量化分析了变形过程中孔洞的生长,并定位典型孔洞的空间坐标。之后对选定的目标孔洞,采用等离子体聚焦离子束(PFIB)进行连续切片三维电子背散射衍射(3D-EBSD)扫描成像,从介观层面研究孔洞周围微观组织对孔洞形核与生长的影响。结果显示,夹杂物周围和贝氏体中均有孔洞形成。尽管有时促使大尺寸孔洞生长的应变比小尺寸孔洞处的应变更小,但相比于在小尺寸夹杂物或贝氏体中形核的孔洞,大尺寸夹杂物导致的孔洞体积更大。进一步对孔洞周围的位错密度研究显示,上述现象可能是由于不同尺寸的夹杂物周围应变梯度不同造成的。孔洞周围的位错密度与诱发孔洞的夹杂物尺寸成反比,存在明显的尺寸效应,表明影响孔洞生长的夹杂物存在一个临界尺寸。利用解析理论模型推测出夹杂物临界尺寸范围为1.85~2.86μm,小于该临界尺寸的夹杂物诱发的孔洞,由于局部变形梯度效应,位错塞积会阻碍孔洞的生长。孔洞的生长是非均匀的且其形状表现出各向异性,孔洞生长形貌与周围晶粒的可变形性相关,可用晶粒尺寸加权的Schmid因子描述。

铁素体/贝氏体(F/B)双相钢组织调控及其抗变形行为分析

本文针对低C,高Mn和高Nb化学成分,采用轧后弛豫控制相变的组织调控技术得到5种不同铁素体/贝氏体(F/B)体积含量的双相组织钢.用改进的C-J分析方法分析了软相(铁素体)含量,研究了晶粒尺寸对加工硬化性能的影响,以及以铁素体和贝氏体为主的软硬相混合组织的塑性变形协调关系.并用电子背散射(EBSD)技术验证了双相组织在均匀塑性变形阶段的协调变形行为.结果表明,软硬相的合理比例有利于提高加工硬化程度(高Rt_(1.5)/Rt_(0.5)),降低屈强比,同时能保证较高的均匀变形能力.铁素体与贝氏体之间的协调变形是提高双相组织钢应力比和均匀伸长率的主要机制.

超高强铁素体/贝氏体双相钢的控轧控冷

通过实验室热轧机组的控轧控冷试验,研究了控轧控冷参数对超高强铁素体/贝氏体双相钢组织性能的影响。结果表明,采用不同温度终轧,轧后不同方式冷却,抗拉强度几乎都在1 000MPa以上,屈强比在0.54～0.62之间,伸长率在13%～17%之间。铁素体晶粒随终轧温度降低和冷却速度加快而细化;终冷温度降低,贝氏体量增多。经800℃终轧后层流冷却至560℃左右空冷,由于铁素体晶粒细化,组织中大量的粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、少量的孪晶马氏体以及残余奥氏体的存在使抗拉强度达1 130MPa,伸长率达16%,强塑积达到18 080MPa.%的最高值。控轧控冷获得以铁素体/贝氏体双相组织为主并含有少量残余奥氏体+马氏体的复相组织,使试验钢具有了优异的力学性能。

经济型铁素体/贝氏体高扩孔钢的组织与性能

通过TMCP工艺实验,研究了Si、Mn含量对低碳Si-Mn钢显微组织、力学及成形性能的影响,探讨了铁素体/贝氏体双相钢(FB钢)在扩孔过程中的裂纹形成及扩展行为。研究结果表明,增加Si含量,实验钢中等轴铁素体的体积分数增加,扩孔性能得到改善;而增加Mn含量,实验钢的强度和韧性显著提高,但塑性和扩孔性能有所下降。FB钢中的裂纹扩展主要是以微孔聚集机制进行,当遇到贝氏体时,裂纹通过铁素体-贝氏体相界面并剪断铁素体进行扩展。合理选择Si、Mn含量和TMCP工艺参数,可以获得690 MPa级的经济型热轧FB高扩孔钢,扩孔率达到了95%,综合性能较好。

高扩孔钢变形奥氏体的连续冷却转变

研究了三种硅—锰系低碳钢变形奥氏体的连续冷却转变,分析了w（Si）,w（Mn）对相变温度Ar3、转变组织及力学性能的影响。实验结果表明：w（Si）由0.50%增加到1.35%时,Ar3升高15-25℃,而w（Mn）由0.97%增加到1.43%时,Ar3降低30-50℃,锰对Ar3的影响效果强于硅;硅促进了高温等轴铁素体析出,抑制了贝氏体相变,而锰不仅细化了相变组织,还促进了贝氏体形成;w（Si）,w（Mn）分别为0.56%和1.43%的钢在850℃变形后以30℃/s冷却,获得均匀、微细化的铁素体/贝氏体双相组织,抗拉强度可达到654 MPa。

冷却工艺对特厚多相组织高强低合金钢板组织与性能的影响

采用轧后弛豫控制相变的组织调控技术开发了一种60 mm厚460 MPa级别铁素体/贝氏体(F/B)双相钢;在工业化条件下,研究了不同终冷温度对F/B双相组织和力学性能的影响规律。结果表明:在相同开冷温度和冷却速度下,降低终冷温度能够显著细化F/B双相中的铁素体晶粒,促使贝氏体由粒状贝氏体向板条贝氏体过渡,减小钢板心部M/A岛的尺寸,提高贝氏体中大角度晶界密度,从而提高钢的强度,降低屈强比,并能够大幅降低特厚F/B双相钢韧脆转变温度。

基于应变设计的X80HD管线钢生产技术研究

为了研究X80HD管线钢的抗大变形能力,分析了轧制工艺对基于应变设计的X80HD管线钢组织性能的影响,并研究了制管工艺过程对管线钢的力学性能的影响规律。结果表明,铁素体/贝氏体双相组织的管线钢,随着始冷温度降低,先共析铁素体和析出物数量增加;随着终冷温度的降低,贝氏体的数量增加,相变强化作用增强,管线钢的抗拉强度提高更为明显;在制管过程中,钢管的屈服强度增加明显,且随着扩径率的增大,钢管屈服强度呈比例增大,但抗拉强度变化不大;当始冷温度约700℃和终冷温度低于450℃时,钢中的先共析铁素体和贝氏体双相组织组成控制合适,该管线钢具有优良的变形能力,能较好地满足大应变管线钢的性能要求。