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贝氏体型冷作强化非调质钢的组织和力学性能研究

计芳芳  
【摘要】:能源在国民经济中具有特别重要的战略地位,上世纪70年代的石油危机促使了非调质钢的诞生。紧固件是一种重要而又量大面广的通用基础件,采用冷作强化非调质钢制造高强度螺栓可省去调质处理和拉拔前球化退火处理这两道周期长、能耗大的热处理工序,节能效果十分显著。对于能源、资源日益紧张的我国,冷作强化非调质钢的开发和推广应用有深远的社会意义和显著的经济效益。 本文采用热模拟、金相、扫描电镜、透射电镜等实验方法,对新型低碳Mn-Ti-B系冷作强化非调质钢,研究了加热温度、形变温度、形变量、冷却速度等工艺参数以及不同的C含量和Mn含量对其微观组织转变和力学性能的影响。 热模拟实验结果表明,控制加热温度在合适的温度(如1150℃左右),既能保证合金元素特别是微合金元素的适当溶解,又能避免奥氏体晶粒的过分长大;随着形变温度的降低,组织逐渐细化,特别是当形变温度降低到750℃时,可获得十分细小均匀的粒状贝氏体组织;随着变形量的增加,组织细化且更加均匀;冷却速度对试验钢的组织和硬度影响较大,当冷却速度在2-4℃/s左右时,可获得比较细小均匀的粒状贝氏体组织。 在10%~50%的减面率γ内进行拉拔和时效处理后,碳含量对其微观组织和力学性能的影响研究结果表明:当碳含量较低(0.09-0.12%C)时,可获得比较细小均匀的粒状贝氏体组织,但当碳含量过高如0.14%时,则组织中出现块状铁素体。在相同的γ下,随着碳含量的增加,试验钢拉拔后的强度提高,塑性相应降低,当γ较大时,这种差别比较明显。拉拔试验钢时效处理后的强度增量随碳含量增加而明显降低。 对两种Mn含量的低碳Mn-B-Ti系冷作强化非调质钢的微观组织和力学性能特征的研究结果表明,当Mn含量偏低(B8料,1.60%Mn)时,其微观组织为铁素体+粒状贝氏体+珠光体的混合组织;而当Mn含量较高(B6料,2.02%Mn)时,可获得全低碳粒状贝氏体组织。两种组织特征试验钢的微观组织和拉伸性能随拉拔减面率γ的变化规律基本一致,但B6料的屈强比明显低于B8料。经300℃时效处理后,B6料的强度可达到10.9级螺栓的要求,而B8料仅满足9.8级螺栓的要求。这表明,控制钢中的Mn含量以获得强塑性配合较好的低碳粒状贝氏体组织是10.9级螺栓用冷作强化非调质钢的基本要求。


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