【摘 要】
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低合金马氏体高强钢因强度硬度高、生产工艺相对简单等优势,在工程机械、防护等领域得到大规模应用,是现代先进高强钢的典型代表钢种。随着马氏体钢强度等级的不断提升,解决强韧性不匹配的难题成为该钢种更大规模应用的必要前提。本文以开发抗拉强度1700 MPa级高强韧低合金马氏体钢为目标,采用Ti-Mo复合微合金化技术,设计了一种新型无镍铬低合金马氏体高强钢,采用热模拟、实验室实验、工业性试制、力学性能检测（
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低合金马氏体高强钢因强度硬度高、生产工艺相对简单等优势,在工程机械、防护等领域得到大规模应用,是现代先进高强钢的典型代表钢种。随着马氏体钢强度等级的不断提升,解决强韧性不匹配的难题成为该钢种更大规模应用的必要前提。本文以开发抗拉强度1700 MPa级高强韧低合金马氏体钢为目标,采用Ti-Mo复合微合金化技术,设计了一种新型无镍铬低合金马氏体高强钢,采用热模拟、实验室实验、工业性试制、力学性能检测（静态和动态力学性能）、显微组织表征（OM、SEM、EBSD、XRD）等方法开展了轧制工艺、热处理工艺对钢组织性能的影响研究,同时采用模拟仿真方法建立了实验钢冷弯成型性能及抗高速冲击性能预测模型,最终获得了包含化学成分、轧制工艺、热处理工艺、应用性能预测在内的高强韧Ti-Mo微合金化高强马氏体钢的配套生产及应用技术。主要研究结论如下:（1）通过在C-Mn基础成分体系中添加Ti-Mo微合金化元素组合,充分发挥纳米级微合金元素第二相粒子钉扎奥氏体晶界、细化马氏体组织单元以及析出强化作用,实现了低合金无Ni、Cr高强韧马氏体钢的成分设计。（2）设计了不同实验室热模拟轧制工艺,研究了轧制工艺参数对钢微观组织及析出物的影响。在粗轧和精轧阶段,形变量的增加可促进第二相粒子析出,显著细化晶粒;随终轧温度降低,实验钢平均泰勒因子增大,第二相析出粒子尺寸减小;轧后以不同冷却速率冷却至卷取温度,随着冷却速率的增加,组织中贝氏体形貌由粒状向板条状转变,大角度晶界分数降低,平均KAM值增加,晶粒尺寸明显细化;轧后冷却至不同卷取温度,随着卷取温度的降低,组织逐渐由等轴状铁素体→珠光体→贝氏体→马氏体转变,KAM值逐渐增大,但析出物尺寸先减小后增大。在此基础上,得到实验钢最佳TMCP工艺参数为1080℃下变形50%+820℃下变形30%+20℃/s轧后冷却速率+500℃卷取。（3）研究了奥氏体化温度和回火温度对实验钢组织性能及析出物的影响。结果表明:通过合适的QT工艺处理后,实验钢强韧性较热轧状态大幅提升且匹配较好,显微组织为回火马氏体+细小（Ti,Mo）C复合析出物,抗拉强度可达1700MPa以上,-40℃冲击值达43 J;实验钢最佳淬火奥氏体化温度应在890℃以下,最佳回火温度为200℃;回火过程中,实验钢中（Ti,Mo）C的主要析出机制为位错析出和在Fe3C粒子上的原位析出。（4）设计了不同冷弯成型仿真参数,研究了成型参数对典型厚度钢板冷成型性能的影响。上模下压速率对实验钢冷弯成型性无明显影响,成型后板材弯曲部位平均塑性应变均为5%左右,小于材料断裂延伸率,无成型开裂危险;上模曲率半径对板材冷弯成型性影响较大,弯曲部位平均塑性应变随上模曲率半径减小而迅速增大;随上模下压量增大,板材弯曲部位平均塑性应变先迅速增大而后趋于平缓,回弹角随下压量增大先缓慢上升后期快速上升;建立的冷弯成型有限元模型与实测值相比,冷弯成型回弹角预测精度达92%以上。（5）通过准静态压缩实验及霍普金森杆高速压缩实验,拟合得到实验钢Johnson-Cook本构方程;建立了实验钢材料力学性能和冲击速度影响抗高速冲击性能预测数学模型,与实测结果相比,模型预测精度达90%以上。（6）研究了两步法QP工艺对实验钢组织性能及冲击磨损性能的影响。QP工艺处理后实验钢组织为回火马氏体+渗碳体+（Ti,Mo）C析出物。随配分温度升高和配分时间延长,组织中碳化物增加且马氏体板条边界模糊,实验钢强韧性均下降;随奥氏体化温度增加,实验钢原奥氏体晶粒尺寸轻微增大,在配分工艺相同的情况下,实验钢强韧性随奥氏体化温度升高小幅下降,不同QP工艺下实验钢的性能变化主要归因于组织变化,析出物影响较小;随配分温度升高及配分时间的延长,实验钢的冲击磨损失重上升,试样磨损面主要包括磨料嵌入区、塑变疲劳区和犁削区三种典型形貌。
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