增氮对控轧控冷低碳Mo-V-Ti钢微观组织和力学性能的影响

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低合金高强度钢具有较高的强度、较好的塑性与韧性,常被认为是重要的结构用钢,广泛应用于建筑、石油管道、桥梁、船舶等行业。低合金高强度钢的研制,低碳钒氮微合金钢如采用未再结晶区控轧控冷,可望制备出细化的针状铁素体、贝氏体铁素体与马氏体-奥氏体(M-A)组元构成的多相组织,强塑韧性更为优异,但相关研究还鲜有报道。为此,本文设计制备了成分(wt%)为0.06C-0.20Si-1.50Mn-0.27Mo-0.06V-0.01Ti及四种氮含量(0.0030、0.0080、0.0120、0.0140)的试验钢,分别记作30N、80N、120N、140N钢。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等仪器,对试验钢的微观组织进行了表征,结合拉伸试验结果,揭示了氮含量及控轧控冷工艺对试验钢微观组织与力学性能的影响规律及调控机理。结果表明:30N和120N试验钢在较高的变形温度和较低的应变速率下,动态再结晶容易进行,动态再结晶激活能分别为229kJ/mol和251kJ/mol;静态再结晶体积分数随变形温度的提高或道次间隔时间的延长而增大,应变诱导析出抑制静态再结晶的进行,静态再结晶激活能分别为259kJ/mol和288kJ/mol。增氮会抑制动/静态再结晶。随着氮含量的增多,奥氏体晶粒尺寸减小,Ar_3提高。当冷速为1℃/s时,随着氮含量的增多,Ar_3升高,多边形铁素体和珠光体的晶粒尺寸逐渐变大。在冷速10~30℃/s范围内,30N钢的转变组织是针状铁素体,粒状贝氏体和板条贝氏体的混合组织;80N和120N钢的转变组织是多边形铁素体,针状铁素体和粒状贝氏体的混合组织。随着氮含量的增多,(Ti,V)(C,N)析出数量增多,多边形铁素体,针状铁素体和M-A组元也增多;随着冷速的增大,针状铁素体增多而M-A组元减少。试验钢经两阶段控轧、10℃/s控冷下,随着氮含量从0.0030增加到0.0120wt.%,屈强比从0.74显著降低到0.69,屈服强度从降低了67MPa,抗拉强度降低了50MPa,应变硬化增量Δσ由171MPa增大到188MPa,冲击功从65J显著增加到145J。在0.0120wt.%的氮含量下,得到了综合力学性能优异的钢板。增氮试验钢在800~900℃终轧、780~840℃开冷、15~20℃/s冷却、450~480℃停冷的范围内,形成了以多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体为主的复相组织。在850℃终轧、800℃开冷、20℃/s冷却、450℃停冷的控轧控冷参数下试制的钢板综合性能优异,典型增氮试验钢的屈强比能够控制在0.8以下。30N和140N钢的拉伸变形第一阶段的应变硬化指数分别为1.01和0.89,第二阶段的应变硬化指数分别为0.27和0.32,应变硬化能力的提高主要发生在应变硬化的第一阶段。随着拉伸变形程度加剧,位错密度升高,内部应力增大,应变硬化能力均逐渐降低。
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