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《南京理工大学》 2012年
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低合金高强度钢成分—组织—性能控制与再制造

黄贞益  
【摘要】:针对近年发展起来的V-N微合金化铁素体-珠光体型热轧低合金高强度H型钢、Nb-V-Ti-Mo微合金化针状铁素体型低合金高强度深海管线钢和Nb-Ti-Cr-Mo微合金化贝氏体型低合金高强度耐磨钢存在的问题,分别研究了合金的成分和塑性变形机制、组织性能控制与预报、修复再制造,得到如下主要结论: (1)V/N质量比为3.64,强度值最高,塑性最低。碳含量为0.19 wt%且V/N比为7.14时综合性能最好。 (2)V-N微合金化铁素体-珠光体型低合金高强度钢的高温塑性变形行为符合幂指数关系。在900-1150℃及0.001-15s-1下,塑性变形由位错芯区扩散的幂律蠕变所控制,不存在塑性失稳区域。建立的塑性变形机制图,可有效指导该钢生产工艺的制定。 (3)V-N微合金化铁素体-珠光体型低合金高强度钢在热变形过程中,α相与V(C,N)及γ相之间分别存在(010)V(C,N)//(011)α和[110]γ//[111]。关系。铁素体易在V(C,N)上形核生成晶内铁素体;随相变温度的降低、形变量的增加、轧后等温温度的降低及保温时间的延长,晶内铁素体含量增加,在650℃时大量生成。热轧H型钢的冷却速率和等效应变由翼缘边部到翼缘与腹板交界的R处逐渐降低。铁素体晶粒尺寸在翼缘1/4和1/2处没有明显差别,均小于R处。截面不同部位珠光体含量差别不大,但珠光体片层间距由翼缘1/4到R处逐渐增大。V(C,N)以球状或块状分布在铁素体中,其含量由翼缘1/4到R处逐渐增加。大角度晶界在翼缘1/4和翼缘1/2处所占比例大致相等,R处小约15%。采用在线控制冷却技术,成功实现了热轧H型钢截面温差的降低,最高可达80%,晶粒尺寸波动降低64%,屈服强度波动值和残余应力显著降低,消除了轧后腹板冷却波浪。 (4)数值模拟和有限元模拟相结合的Nb-V-Ti-Mo微合金化针状铁素体型低合金高强度深海管线钢的组织和性能预报结果表明,屈服强度和抗拉强度预报值与实测值最大偏差分别为8.72%和9.43%,但80%样本的偏差均在6.80%之内,可以指导深海管线钢生产工艺的优化。 (5)等离子堆焊镍基合金涂层主要由γ(Ni, Fe)、(Fe, Cr)7C3和(Fe, Cr)2B相构成,亚结构主要为位错,具有亚共晶的组织特征,存在明显的成分偏析。30wt.%Cr3C2的加入,增加了涂层中的富(Fe, Cr)化合物的相对含量,出现了Cr3C2和Ni4B3相,具有过共晶的组织特征。0.8wt.%纳米α-Al2O3的加入,没有改变镍基合金涂层的亚共晶组织特征及γ(Ni, Fe)固溶体与富(Fe,Cr)相的相对含量,但降低了(Fe, Cr)7C3相的相对含量,增加了(Fe, Cr)2B相的相对含量,出现了四方结构的纳米y-A1203,有形成堆垛层错亚结构的趋势。Cr3C2和纳米A1203的加入,均降低成分偏析程度。等离子堆焊镍基合金涂层和添加30wt.%Cr3C2或0.8wt.%纳米Al2O3的镍基合金涂层的冲击磨损性能分别是Nb-Ti-Cr-Mo微合金化高强度NM450耐磨钢的1.3倍和2.2倍或6倍。综合经济因素,采用等离子堆焊添加0.8wt.%纳米Al2O3的镍基合金涂层来修复NM450耐磨钢进行再制造是合适的。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG142.33

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