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《湖南大学》 2016年
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Nb及热处理对低碳铸钢显微组织和力学性能的影响

冷宇  
【摘要】:微合金钢具有相对较高的强度、较好的塑性和韧性、优良的焊接性能,因而被广泛应用于建筑、矿山、船舶以及汽车等工业领域。已有的研究表明,Nb、V、Ti等微合金元素可以有效细化铸钢的晶粒,并提高其强度,但其强度提高的同时冲击韧性一般有不同程度的降低。本文在低碳铸钢的基础上,分别添加不同含量的Nb元素进行微合金化,然后在不同的正火和回火温度下进行热处理,并通过金相(OM)、背散射电子衍射(EBSD)、断口扫描(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)等表征分析方法和拉伸试验、室温夏比V型冲击试验等检测手段研究了 Nb以及不同的热处理工艺对低碳铸钢微观组织和力学性能的影响规律。主要的研究结果如下:(1)微合金元素Nb可以有效细化低碳铸钢的晶粒组织。当铸钢中Nb元素的含量低于0.044wt%时,Nb在低碳铸钢中的晶粒细化作用随其含量升高而增强;当Nb元素的含量高于0.044wt%时,Nb对低碳铸钢的晶粒细化作用不再随其含量的增加而增大,甚至会有小幅度降低。与普通低碳铸钢相比,不同Nb元素含量的铸钢其晶粒可细化20.8~34.6%。当铸钢中Nb含量为0.044wt%含量,晶粒组织最为细小,其平均晶粒直径约为19μm。(2)微合金元素Nb在低碳铸钢中的强化机制主要为晶粒细化强化和析出强化,部分固溶于铁素体基体中的Nb能起到固溶强化作用。Nb元素在正火和回火过程中可以促进尺寸为1~15nm的NbC析出相的形成,同时可以促进珠光体中铁素体与渗碳体层片间距的减小。(3)正火和回火温度对Nb微合金化铸钢的微观组织和力学性能有较大的影响。当Nb微合金化铸钢分别在900℃和550℃进行正火与回火处理时,其晶粒组织最为细小均匀。当正火及回火温度分别高于900℃和550℃时,Nb微合金化铸钢的晶粒组织均有不同程度的粗化,从而也会导致Nb微合金化铸钢力学性能的降低,且正火温度对Nb微合金化铸钢晶粒组织的影响更为明显。(4)当Nb元素含量为0.044wt%的微合金铸钢经过900℃正火和550℃回火(保温时间均为2h)后,Nb微合金化铸钢具有优良的综合力学性能。与普通低碳铸钢相比,Nb含量为0.044wt%的微合金化铸钢其屈服强度和抗拉强度分别可以由290MPa和485MP提高到350MPa和520MPa,同时其室温冲击功可以由95.3J提高至119.7J,而其塑性基本保持不变。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG161;TG142.1

【参考文献】
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