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成分波动及纳米析出物对DH36钢性能的影响

吴建中  
【摘要】:本课题针对河北某钢铁企业对DH36高性能船板钢提出进一步改进质量的要求,研究了常规组元C、Si、Mn、P、S、Alt成分波动与冲击功、屈服强度、抗拉强度和断面收缩率等机械性能的关系,及在低硫情况下纳米析出物综合强化机理及强化模型。在目前的常规元素波动范围,C含量0.08~0.17%、Si含量0.27~0.46%、Mn 含量 1.27~1.50%、S 含量 0.002~0.022%、Alt 含量在 0.02~0.042%时,利用企业大数据建立了 P、S含量与冲击功、屈服强度、抗拉强度和断面收缩率等机械性能的关系的数学模型,通过模型研究发现:在硫含量小于lOOppm的低硫端,力学性能不仅出现聚合现象,而且处于高位值;随着硫含量的增加,力学性能皆随着组元浓度的波动开始发散,硫含量越大,发散越严重;P含量在0.019~0.020%附近,冲击功、屈服强度、抗拉强度皆在研究区域有极大值,有些性能同时有聚合现象。基于BP神经网络对采集的288组工业数据,278组数据作为试验样本,即训练数据,通过10组数据的验证发现,使用遗传算法对BP神经网络进行优化后,有很好的反应,找到了主要成分和机械性能的非线性关系,为生产过程性能的预测提供了有价值的参考。对20ppm、70ppm、150ppm和380ppm不同S含量DH36船板钢中的MnS析出条件和钉扎作用进行了热力学和动力学分析,发现S含量为20ppm和70ppm时,MnS在较低温度的奥氏体中开始析出,而当S含量为150ppm和380ppm时,MnS在高温铁素体中开始析出,其尺寸也较大;S含量从380ppm降低到20ppm时,MnS最大形核率温度1465℃及最快析出温度1480℃分别降低到900℃及920℃,导致MnS析出尺寸急剧减少,并产生了大量纳米级MnS,对形核产生了很强的钉扎作用,使得控制钉扎轧前奥氏体晶粒尺寸为71.23μm,控轧控冷后的晶粒尺寸为8.7μm,远优于高S含量下的机械性能。在TEM观察下,对轧制态低硫DH36钢中纳米级第二相析出物的类型、形貌特征及析出物的大小、含量和占基体体积分数进行了统计分析,对四种强化机制的贡献做了科学的分析计算,发现轧制态DH36中大量的第二相析出物的组织形貌多为规则的方形;纳米级析出物的组成为Ti和Nb的碳氮化物以及少量Cr的碳氮化物;试验DH36钢中析出的碳氮化物占基体的体积分数为0.00957%,析出强化贡献为211.24MPa,固溶强化贡献为122.93MPa,细晶强化和位错强化贡献分别为212.30MPa和134.43MPa;DH36钢的强化机制的研究发现,各个强化对屈服强度贡献不能直接进行简单的加和运算,而等于固溶强化和位错强化乘积的2倍的平方根加上细晶强化和析出强化乘积的平方根,由此理论计算结果与实际值很接近,但此计算模型还需要进一步的试验来证明。最后,用企业在生产条件下的DH36数据,通过QC质量图、直方图分析研究了上述结论,发现当DH36船板钢中w(S)≤40ppm时,船板钢的各力学性能在CL线附近小范围波动,具有良好的稳定性,对于常规元素C、Si、Mn、P、S、Alt成分的波动不再敏感。从直方图观察到的各力学性能在w(S):≤40ppm时落在CL线附近小范围的样本最多,DH36船板钢具有更加优良的机械性能。


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