980MPa级先进高强钢的发展

选用轻量化汽车材料时应综合考虑材料的性能、质量和成本。目前,先进高强钢被广泛用于汽车工业。先进高强钢有双相钢、相变诱导塑性钢、马氏体钢、复相钢、淬火-配分钢、DH钢等。综述了980 MPa及以上高强钢的分类和主要钢种,汽车用高强钢的化学成分、显微组织、力学性能和使用性能,并结合实际零件的制造过程对这些高强钢的焊接和成形性能作了较深入的探讨,简述了其发展现状和研究进展。

不同性能水平下600 MPa级高强钢筋混凝土柱位移角限值研究

基于性能抗震设计思想的600 MPa级高强钢筋混凝土柱位移角限值研究,对于推广高强钢筋混凝土柱的应用至关重要。通过17根HTRB630高强钢筋混凝土柱试件和3根HRB400钢筋混凝土柱试件的拟静力试验研究了其抗震性能。与HRB400钢筋混凝土柱相比,HTRB630高强钢筋混凝土柱的滞回曲线的形状没有发生明显改变,试件具有较好的承载能力和延性。将基于Kunnath损伤模型计算的损伤指数与试验中测量的损伤指数范围进行了比较,结果表明,Kunnath损伤模型可以准确计算HTRB630高强钢筋混凝土柱的损伤指标。根据HTRB630高强钢筋混凝土柱的破坏特点,以屈服点、峰值点和极限点作为高强钢筋混凝土柱的性能水平控制点。基于性能抗震设计的思想,将600 MPa级高强钢筋混凝土柱的性能水平划分为5个性能水平,即正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和接近倒塌性能水平。结合参考文献中600 MPa级高强钢筋混凝土柱的试验数据,对65个600 MPa级高强钢筋混凝土柱各特征点的位移角进行了相对频率统计分析,得到了600 MPa级高强钢筋混凝土柱在暂时使用、修复后使用和接近倒塌3个性能水平下具有超过90%安全保证率的位移角限值分别为1/150、1/80和1/60。

440 MPa级高强钢焊条熔敷金属组织与低温冲击韧性研究

为满足440 MPa级高强钢对焊接材料的需求,研制了三种焊条,并进行了熔敷金属焊接试验,使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段研究了熔敷金属组织与低温冲击韧性.结果表明,随着Mn,Ni,Cr和Cu含量的增大,熔敷金属的-40℃平均冲击吸收功从35.7 J逐渐增至96.3 J,低温冲击韧性逐渐提高;随着Mn,Ni,Cr和Cu含量的增大,虽然熔敷金属中M23C6型碳化物含量逐渐增大,但是熔敷金属的CCT曲线逐渐右移,相变温度逐渐降低,使得针状铁素体含量逐渐增加,铁素体板条尺寸逐渐减小和板条间交织状分布趋势逐渐增强,M-A组元含量及尺寸逐渐减小,是低温冲击韧性逐渐提高的主要原因;含Cu熔敷金属中夹杂物外层会形成CuS,针状铁素体形核更容易,有利于低温冲击韧性提高.

焊接热输入对690 MPa级HSLA钢焊缝金属组织与力学性能的影响

采用自研直径4.0 mm的焊条对厚度为27 mm的690 MPa级HSLA钢进行不预热焊接,研究了焊接热输入对焊缝金属组织和性能的影响及强韧化机理.结果表明,焊接热输入由13 kJ/cm提高至19 kJ/cm对焊缝金属组织结构及其强韧性产生了显著影响,对接接头抗拉强度、硬度呈现降低趋势,焊缝金属−50℃冲击吸收能量呈现先升高后降低趋势.16 kJ/cm热输入条件下获得了良好的强韧性,对接接头抗拉强度为828 MPa,焊缝中心−50℃冲击吸收能量为71~90 J,均值为80 J.13 kJ/cm及19 kJ/cm热输入条件下焊缝金属强韧性较低,前者与焊缝金属中板条贝氏体及侧板条铁素体形成有关,后者与其中粗大的M-A组元形成相关.热输入16 kJ/cm条件下,充分形成了塑性良好的针状铁素体组织,针状铁素体和贝氏体呈交织分布,同时,细小弥散分布的M-A组元并未对其韧性产生显著的负面作用,焊缝金属获得了良好的强韧性配合.

考虑箍筋约束的630MPa高强钢筋抗压强度发挥水平研究

在高强钢筋混凝土大偏心受压构件设计计算中纵筋抗压强度发挥水平会影响其抗压强度取值,而现行《混凝土结构设计规范》尚未对此做出明确规定。基于现行规范对630 MPa级高强钢筋混凝土大偏心受压柱的受压纵筋强度发挥水平进行了理论分析;同时设计制作了8个630 MPa级高强钢筋混凝土大偏心受压柱试件,开展单调等偏心距加载试验测得混凝土构件表面应变和高强纵筋应变,研究高强钢筋混凝土大偏心受压构件中受压纵筋实际强度发挥水平;对比分析理论计算结果与试验研究结果的差异及其产生原因,最终提出了采用箍筋约束混凝土本构模型分析高强钢筋混凝土大偏心受压柱受压纵筋强度发挥水平的新思路。研究结果表明:高强受压纵筋在试验中均发生屈服,抗压强度能够充分发挥;构件受压区应变分布仍符合平截面假定,现行规范公式的形式仍满足要求,但混凝土极限压应变的规范取值偏小导致理论计算得到的高强受压纵筋抗压强度发挥水平低;引入箍筋约束混凝土本构模型可较好地反映混凝土大偏心受压构件中高强受压纵筋抗压强度实际发挥水平,基于MANDER模型的高强受压纵筋应变计算值与试验实测值比值的平均值为1.044,标准差为0.148,变异系数为0.142,精度最高、预测结果最优。研究将为高强钢筋纳入现行规范理论分析体系,加快高强钢筋大规模推广应用提供参考和依据。

Cr含量对1000 MPa级高强钢熔敷金属组织演变的作用机制

设计开发了5种不同Cr含量的1000 MPa级高强钢埋弧焊材,采用丝极埋弧焊制备了Cr含量为0%~0.9%的熔敷金属,利用OM、SEM、TEM和CLSM等微观组织表征方法研究Cr含量对1000 MPa级高强钢熔敷金属组织演变的影响,并通过拉伸和冲击试验评估其力学性能.结果表明,1000 MPa级高强钢熔敷金属随着Cr含量提高,铁素体转变起始温度由723.3℃提高到740.2℃,贝氏体转变起始温度由470.2℃降低到458.5℃,铁素体转变温度区间扩大,高Cr熔敷金属中贝氏体转变速率较快,熔敷金属中针状铁素体和贝氏体铁素体增加,M-A组元由弥散分布逐渐呈链条状偏聚,先共析铁素体与残余奥氏体减少.熔敷金属冲击断裂形式由低Cr的韧性断裂向高Cr的准解理断裂转变,熔敷金属拉伸强度不断提高,相比于无Cr的熔敷金属,0.9%Cr的熔敷金属抗拉强度和屈服强度分别提高12.4%和17.0%,熔敷金属冲击吸收能量先提高后降低,在−40℃条件下,0.6%Cr的熔敷金属的低温韧性最高为84 J,熔敷金属Cr含量为0.6%时强韧性匹配效果最佳.

热处理温度对1000 MPa级高强钢熔敷金属组织和性能的作用机制

采用丝级埋弧焊方法制备1000 MPa级高强钢熔敷金属,利用SEM、EBSD、XRD和TEM等微观分析方法研究了焊后热处理温度(500~620℃)对1000 MPa级高强钢熔敷金属组织演变的影响,并通过拉伸和冲击试验评估其力学性能.结果表明,随着热处理温度升高,1000 MPa级高强钢熔敷金属抗拉强度和屈服强度对比焊态(as welded,AW)先升高后降低,熔敷金属热处理后比AW韧性降低.1000 MPa级高强钢熔敷金属在540℃热处理时获得较好强韧匹配效果,抗拉强度1030MPa,屈服强度970 MPa,-40℃冲击韧性58 J.1000 MPa级高强钢熔敷金属在500~620℃热处理过程中M/A组元中的A逐渐分解为碳化物和铁素体,M在620℃热处理时生成逆转变奥氏体并保留至室温.碳化物对于位错具有钉扎作用,但随热处理温度升高碳化物对位错的钉扎作用减弱,位错通过滑移和攀移不断减少.熔敷金属析出的碳化物对位错的钉扎作用强于位错滑移的软化作用时,熔敷金属强度提高,碳化物对位错的钉扎作用弱于位错滑移的软化作用时基体组织软化,熔敷金属强度降低.析出的碳化物导致位错塞积,产生的应力集中区域成为裂纹源,使热处理态熔敷金属韧性低于AW.

2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的质量要点

汽车工业是弹簧钢的最大用户,而我国有全球最大的汽车市场。随着国家节能减排、“碳达峰、碳中和”目标的提出,传统燃油车的轻量化是大势所趋,而新能源汽车必将迎来进一步的蓬勃发展。新能源汽车底盘需要具备更大的承载力,而底盘系统轻量化是传统燃油车轻量化的重要组成部分,这两方面均要求悬架弹簧需具备更高强度、更大的承载力。为了满足新能源汽车和汽车轻量化的发展要求,兴澄特钢开发了2100 MPa级高强度弹簧钢。结合实际案例研究,介绍了2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的开发过程中非金属夹杂物、脱碳、偏析等关键质量指标对高强度钢的影响,并提出相应的控制措施。

一种抗拉强度1000 MPa级高强钢焊丝制备工艺

【目的】为解决目前国内抗拉强度1000 MPa级别焊丝在制备过程中盘条退火不均匀、拉拔过程中焊丝易脆断、生产成本较高等问题。【方法】提出了使用辊模拉拔+模具拉拔的混合拉拔工艺制备抗拉强度1000 MPa级高强钢焊丝。将混合拉拔工艺制备焊丝与传统模具拉拔制备焊丝进行对比试验,研究焊丝拉拔工艺对盘条抗拉强度、屈服强度的影响;分析退火工艺对盘条O,N含量、盘条组织的影响;通过对比焊丝电解前后焊丝表面质量,研究退火工艺、超声波电解清洗对焊丝表面质量的影响;通过对比焊接飞溅率、熔深、熔宽等参数,研究焊丝镀铜前后焊接工艺性。【结果】试验结果表明,通过合理控制道次减面率和拉拔前进速度,更易实现在较大减面率下的焊丝稳定制备过程,盘条经过1050℃连续退火可以有效消除盘条残余应力,极大地降低了拉拔断丝概率。盘条微观组织以马氏体为主并带有少量贝氏体、渗碳体,组织结构均匀的盘条更易制备性能稳定的焊丝。焊丝经超声波电解清洗、吹干涂油最终获得混合拉拔+无镀铜涂油的制备工艺。【结论】通过辊模拉拔+模具拉拔的混合拉拔工艺制备了抗拉强度1000 MPa级高强钢焊丝,且O,N含量≤0.005%,组织均匀稳定,有效保证盘条抗拉强度、屈服强度、表面质量均匀稳定,焊接工艺性优良。

460 MPa级高强韧海工钢板的焊接工艺研究

对460 MPa级高强韧海工钢板进行埋弧焊、垂直气电立焊试验。结果表明,460 MPa级高强韧海工钢在热输入为50、80和200 kJ/cm的条件下焊接,焊接接头的拉伸性能和冲击性能良好,满足船级社要求,说明该钢焊接性良好,适合大热输入焊接。

1700 MPa级超高强钢和Q550D高强钢异种接头组织性能研究

通过采用MAG熔焊方法并选择合适的高强钢焊丝,进行1700 MPa级超高强钢和Q550D高强钢板的异种焊接,得出了最佳焊接工艺参数,并对焊接机头进行了组织及力学性能试验。结果表明,异种焊缝组织主要由羽毛状的下贝氏体组成,在焊态焊缝组织中没有发现马氏体组织;而在1700 MPa级超高强钢的熔合线附近一侧,发现大量沿熔合线垂直生长的板条马氏体组织;力学性能测试表明,焊接接头性能满足生产使用要求,为超高强钢的应用提供了试验依据。

490MPa汽车外板用高强钢的组织性能分析

采用OM和拉伸试验机等仪器分析了490 MPa级汽车外板用高强钢组织与性能,并利用仿真模拟技术对试验钢的应用性能进行了研究。结果表明,模拟退火处理后试验钢的显微组织主要为铁素体与岛状马氏体的混合组织,还有少量碳化物在晶界处分布;应力-应变曲线未出现明显的屈服平台,屈服强度与抗拉强度分别达到300 MPa和550 MPa以上,在2%预应变下BH(bake hardening)值在60 MPa以上。结合试验钢材料特性,以某车型后车门外板为研究对象,通过仿真技术研究了490 MPa级高强钢抗凹性能及应用到车门外板的抗凹性,结果显示零件高强减薄后抗凹刚度下降,但抗凹性得到一定提升,满足外板抗凹性能的要求。490 MPa高强钢的组织和力学性能满足汽车外板应用需求,连续硬化的应力-应变曲线可以避免产生拉伸应变痕,证明490 MPa高强钢具备应用于汽车外板的可行性。

2 200 MPa级超高强度钢绞线用盘条工业试制

以SWRH82B化学成分为基础,设计2200 MPa级超高强钢绞线用盘条化学成分,采用280 mm×380 mm连铸坯通过二火开坯轧制成Φ14 mm盘条,优化盘条冷却速度使热轧盘条抗拉强度由1150 MPa提高到1450 MPa以上,拉拔后实现了钢绞线的强度达到2200 MPa以上的目标。工业试制结果表明:软吹时间、深真空时间是控制非金属夹杂物尺寸和钢中氧含量的关键,软吹时间、深真空时间要大于15 min;在拉速恒定的条件下,过热度35℃以下,中心宏观偏析指数可控制在1.15以下;控制适中的冷却速度可以得到理想的索氏体组织,最佳冷却速度为4.89~5.62℃/s。

1400 MPa级超高强钢SH-CCT曲线及其热影响区组织和性能

采用Formastor-FⅡ全自动相变仪,结合光学显微镜(OM)和维氏硬度测试,研究不同冷却速率对1400 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)粗晶区组织转变和性能的影响规律,绘制焊接连续冷却转变曲线(SH-CCT),结合焊接工艺试验,采用公式法确定最佳焊接工艺参数.结果表明,1400 MPa级超高强钢马氏体临界转变冷却速率约为5℃/s,当冷却速率大于5℃/s时,热影响区粗晶区组织为单一板条马氏体,硬度值为487~509 HV5,冷却速率小于5℃/s时,粗晶区组织中出现中高温相变产物,即板条贝氏体、粒状贝氏体和铁素体等组织,硬度值下降为487~260 HV5,同时组织中还出现M-A组元,其含量随冷却速率降低先增加后减少,形态也由弥散颗粒状变为断续长条状或块状分布;厚度8 mm的1400 MPa级超高强钢焊接时,热输入控制在20 kJ/cm以内,粗晶区组织为板条马氏体,硬度维持在500 HV5左右,粗晶区不发生软化现象,满足工程使用要求.

组织特征对980 MPa级先进超高强钢成形性能和拉伸行为的影响

以CP980钢、DP980钢、QP980钢为研究对象,采用单轴拉伸试验并结合数字图像相关技术,研究了组织特征对980 MPa级先进超高强钢单轴拉伸行为以及全局、局部成形性的影响。结果表明:QP980钢由马氏体、铁素体、残余奥氏体组织组成,在均匀变形阶段奥氏体相变产生的相变诱导塑性效应使该钢具有最优的全局成形性,但是新生马氏体相与其他相的硬度差较大,导致其局部成形性最差并形成准解理断裂;DP980钢由铁素体和马氏体组织组成,其强化机制以马氏体硬相强化和铁素体位错强化为主,全局成形性居中,同时因铁素体和马氏体之间具有一定的协调变形能力,其局部成形性较好,断裂形式主要为韧性断裂;CP980钢为铁素体、贝氏体、马氏体的多相组织,各相硬度差小,协调变形能力较强,局部成形性最好,断裂形式为韧性断裂。

1000 MPa级高强钢埋弧焊熔敷金属组织及性能

针对水电用1000 MPa级高强钢设计了一种埋弧焊用焊丝、焊剂。借助JMat Pro软件对熔敷金属的组织和力学性能进行模拟,并通过拉伸试验、冲击试验、OM,SEM,EDS等手段对其进行评价。研究了熔敷金属成分和焊接热输入对熔敷金属组织及力学性能的影响。试验结果表明,研制的焊材焊接工艺性优良,通过控制合金元素含量使熔敷金属力学性能远高于标准值;重点分析了Cr含量对熔敷金属组织和力学性能的影响,熔敷金属中少量的Cr元素会提高针状铁素体含量,Cr元素含量较高时,会增加贝氏体含量,使熔敷金属强度不断提高,冲击韧性先提高后降低;随着焊接热输入的升高,熔敷金属中针状铁素体含量不断减少,先共析铁素体含量提高,组织粗化,熔敷金属强韧性不断降低。

大型水轮机蜗壳用780MPa级高强钢焊接工艺研究

为了解决大型水轮机用780MPa级高强钢焊接接头在焊后热处理后韧性降低的问题,对其焊接工艺进行了研究。通过冷裂纹试验,确定780MPa级高强钢预热温度达到100℃以上,能够有效避免焊接冷裂纹。在不同的线能量水平和不同的热处理温度下对接头性能进行了试验,焊态接头的线能量上限不宜超过4.0k J/mm。热处理态接头线能量的上限不超过3.8k J/mm,且使用550℃×4h的热处理规范,能够有效保证性能符合技术要求。按照ASME标准完成了大型水轮机用780MPa高强钢的焊接工艺评定,并在行业内首次实现了整体热处理的水轮机780MPa高强钢蜗壳等产品的制造。

中锰钢在690 MPa级高强韧海洋平台中的应用探索

介绍了国内外690 MPa级海洋平台用钢的研究现状及发展趋势,对传统690 MPa级海洋平台用钢的成分、工艺、组织和性能进行了分析。传统690 MPa级海洋平台用钢主要存在成本高、制备工序复杂、组织均匀性差、屈强比高等诸多问题。采用低碳中锰的成分设计思路,配合合适的轧制和热处理工艺,成功开发出屈服强度690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢板,并详细阐述了690 MPa级高强韧海洋平台用中锰钢的强韧化机理。

650MPa级汽车轮辋用热轧钢带的生产工艺改进研究

采用Nb-Ti微合金化的低碳成分设计并结合控轧控冷工艺生产了4.5 mm厚的650MPa级汽车轮辋用热轧钢带。首次工业生产的试验钢横向屈服强度和抗拉强度分别为661、712 MPa,伸长率为25.0%。分析结果表明:试验钢显微组织中铁素体晶粒大小不均,尺寸为2~10μm,珠光体呈带状分布。通过降低Mn、Ti含量和终轧温度对试验钢生产工艺进行改进,第二次工业生产的试验钢横向屈服强度和抗拉强度分别为671、716 MPa,伸长率为26.0%,铁素体晶粒大小均匀,尺寸为2~5μm,珠光体呈点状分布,车轮动态径向疲劳通过100万次测试。

980MPa级高强钢焊接接头HAZ的组织和性能

采用焊接热模拟的方法,研究一种980MPa级低碳贝氏体高强钢焊接接头HAZ不同区域,通过对各个区域的组织及相的分析,以及相应的拉伸及冲击试验研究了此类高强钢的组织和性能.结果表明,粗晶区的冲击性能最好,细晶区的冲击性能最低,为热影响区的薄弱环节.粗晶区组织为均匀粗细相间的板条贝氏体组织;在板条贝氏体上弥散析出碳化物;板条贝氏体界面上的奥氏体薄膜的存在是粗晶区韧性提高的原因.细晶区为孪晶马氏体+少量的板条马氏体,孪晶马氏体是导致细晶区性能下降的主要原因.