（材料加工工程专业论文）硼及硼镍处理q345e大h型钢热力物理模拟实验研究.pdf

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n i o b i u mi n t e r a c t i o n 8 2 3m i c r o s t r u c t u r ea n de f f e c to fl o wa l l o ys t e e l 8 2 3 1m i c r o s t r u c t u r eo f l o wa l l o ys t e e l 8 2 3 2e f f e c to f c o o l i n gr a t eo nm i e r o s t r u c t u r e 1 0 2 3 3e f f e c to fd e f o r m a t i o no nm i c r o s t r u c t u r e 13 2 4t h e r m a l p h y s i c a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y 14 2 5s u m m a r y 18 c h a p t e r3t h e r m a ls i m u l a t i o nt e s to fb o r o na n db o r o n - n i c k e lt r e a t e dq 3 4 5 e s t e e l s 3 1i n t r o d u c t i o n 2 1 3 2c c tc u r v eo f s t e e l s 2 1 3 3t h ea c t u a lp r o c e s ss t a t u s 2 2 3 4s a m p l e sa n de x p e r i m e n t a lp r o g r a mo f t h e r m a l - p h y s i c a ls i m u l a t i o nt e s t 2 2 c o n t e n t s 3 4 ic h e m i c a lc o m p o s i t i o na n ds i z eo fs a m p l e s 2 2 3 4 2e x p e r i m e n t a lp r o g r a m 2 3 3 4 2 1p r o g r a mo fs t a t i cp h a s e - t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e 。2 4 3 4 2 2p r o g r a mo fd y n a m i cp h a s e - t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e 2 4 3 4 3p r o c e s so f t h e r m a ls i m u l a t i o nt e s t 一2 6 3 5s u m m a r y 2 6 c h a p t e r 4c c tc u r v ep l o t t i n ga n dm e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i so ft h e r m a ls i m u l a t i o n s a m p l e s 2 7 4 1i n t r o d u c t i o n 2 7 4 2a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a ld a t a 2 7 4 3d e t e r m i n go fs t a t i cp h a s e - t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ea n dp o r t i n go fc c tc u r v e 3 0 4 3 1p o r t i n go f t h es t a t i cc c tc u r v eo f b o r o n - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e l 3 0 4 3 1 1p r e p a r a t i o na n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs a m p l e s 3 0 4 3 1 2t e s tp r o c e s s 3 0 4 3 1 3t e s tr e s u l t s ：3 0 4 3 1 4m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 3 2 4 3 1 5d e t e r m i n a t i o no ft h e c r i t i c a l p o i n t a n dt h e t y p e o f p h a s e - t r a n s i t i o n 3 3 4 3 1 6p o r t i n go f t h ec c t c i l l v eo f b o r o n t r e a t e dq 3 4 5 es t e e l 3 4 4 3 2p o r t i n go ft h es t a t i cc c tc u r v eo fb o r o n - n i c k e l - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e l 3 5 4 3 2 1p r e p a r a t i o na n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs a m p l e s 3 5 4 3 2 2t e s tp r o c e s s 3 5 4 3 2 3t e s tr e s u l t s 3 5 4 3 2 4m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 3 7 4 3 2 5d e t e r m i n a t i o no ft h ec r i t i c a l p o i n t a n dt h e t y p e o f p h a s e - t r a n s i t i o n 3 8 4 3 2 6p o l t t i n go ft h ec c t c 1 1 l v eo fb o r o n - n i c k e l - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e l 3 9 山东人学硕l j 学位论文 4 3 3c o n t r a s to f t h ec c tc u r v eo f t w ok i n d so f t e s ts t e e l 3 9 4 4m i c r o s t r u c t u r ei ns a m ed e f o r m a t i o na n dd i f f e r e n tc o o l i n gr a t e 一4 0 4 4 1c o n t i n u o u sc o o l i n gt r a n s f o r m a t i o no fb o r o n - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e li n 4 0 d e f o r m a t i o n z i ( ) 4 4 1 1t e s tp r o c e s s 4 0 4 4 1 2t e s tr e s u l t s 4 0 4 4 1 3m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 4 2 4 4 2c o n t i n u o u sc o o l i n gt r a n s f o r m a t i o no fb o r o n n i c k e l t r e a t e dq 3 4 5 e s t e e li n4 0 d e f o r m a t i o n ：1 l ：； 4 4 2 1t e s tp r o c e s s 4 3 4 4 2 2t e s tr e s u l t s 4 3 4 4 2 3m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 4 4 4 4 3a n a l y s i so f t e s tr e s u l t s 4 5 4 5m i c r o s t r u c t u r ei ns a m ec o o l i n gr a t ea n dd i f f e r e n td e f o r m a t i o n 4 7 4 5 1m i c r o s t r u c t u r eo f b o r o n - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e li n5 * c sc o o l i n gr a t e 4 7 4 5 1 1t e s tp r o c e s s 4 7 4 5 1 2t e s tr e s u l t s 4 8 4 5 1 3m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 4 8 4 5 2m i c r o s t r u c t u r eo fb o r o n n i e k e l - t r e a t e dq 3 4 5 es t e e li n5 c se 0 0 1 吨 r a t e 5 0 4 5 2 it e s tp r o c e s s ：5 0 4 5 2 2t e s tr e s u l t s 5 0 4 5 2 3m e t a l l o g r a p h i ce x a m i n a t i o n 51 4 5 3c o n t r a s to ft h ea u s t e n i t ep h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo ft w ok i n d so f t e s ts t e e li nd i f f e r e n th o t - w o r k i n gp r o c e s s 5 2 4 6s u m m a r y 5 4 c h a p t e r5a p p l i c a t i o n i na c t u a lp r o d u c t i o np r a c t i c e 5 1i n t r o d u c t i o n ! ；! ； 5 2d e t e r m i n i n go fa l l o y i n gc o m p o n e n ta n dp r o d u c t i o nm e t h o d 5 5 5 3d e t e r m i n go f m a n u f a c t u r i n gr o u t e 5 5 c o n t e n t s 5 4t h ea c t u a lp r o d u c t i o nr e s u l t s 5 6 5 5s u m m a r y 5 7 c h a p t e r6c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 6 1c o n c l u s i o m 5 9 6 2p r o s p e c t s 5 9 r e f e r e n c e s a c k n o w l e d g e m e n t s 山东大学硕十学位论文 摘要 热轧低合金高强度h 型钢是一种经济环保型的结构用钢，它具有很多其他 钢结构不具有的优点，如力学性能优良，搭接方便，重量轻，并且相对于其他钢 结构来讲，在达到相同使用效果的情况下能够节省钢材的使用量。它所具有的这 些优点，使其在世界范围内得到了广泛的应用，如石油钻井平台、桥梁、船舶、 大型建筑等方面。目前，高纬度和两极地区巨大的能源和科研价值吸引了人类的 目光，使得人们迫切需要一种具有良好低温性能的高等级h 型钢。因此加深对 热轧低合金高强度h 型钢的研究，提高其低温冲击韧性，扩大其使用范围具有 重要的意义。 热模拟技术可以利用小试件，借助实验装置再现材料在制备或热加工过程中 的受热或同时受热与受力的物理过程，充分精确地揭示材料在热加工过程中组织 与性能的变化规律，评定或预测材料在制备或热加工时出现的问题，为制定合理 的加工工艺及研制新材料提供理论指导和技术依据。 莱芜钢铁集团是国内最大最全的h 型钢生产基地，本课题是来自于同莱芜 钢铁集团的合作项目。研究的目的是通过热力物理模拟的方法，经过比较分析， 研究硼及硼镍处理h 型钢热加工条件对其组织性能的影响规律，从而找到最佳 轧制参数，开发具有良好低温冲击韧性的高端h 型钢，提高企业经济效益。 本文运用热力物理模拟实验方法，对不同冷却速度及不同变形量条件下的硼 及硼镍处理q 3 4 5 e 钢材分别进行比较研究，通过过冷奥氏体相变点的测定，荠 借助金相显微镜进行微观组织分析，比较不同冷却速度及不同变形量对实验钢材 的相变温度和显微组织性能的影响。 通过研究发现，对于静态、动态相变，较快的冷却速度以及镍元素的加入都 会使奥氏体向铁素体转变的相变温度降低。这有利于在奥氏体未再结晶区轧制， 形成细小的铁素体晶粒，从而提高钢材的强度和韧性。对于动态相变，变形量增 加，形变诱导作用使相变温度升高。 综合实际生产情况可以看出，根据热力物理模拟实验结果所设定的生产工 艺路线是可行的。通过在奥氏体未再结晶区轧制积累变形，细化奥氏体晶粒，进 而在随后的相变过程中形成较为细小的铁素体+ 珠光体组织，从而提升钢材的性 能。对我国高端h 型钢的开发具有显著的进步意义。 摘要 曼曼曼量鼍曼曼曼曼曼曼量鼍曼曼鼍曼曼鼍曼皇ii, i i 皇曼曼皇曼曼曼皇曼皇曼曼皇皇曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇 关键词：硼；镍；h 型钢；热模拟；相变 山东大学硕一j ：学位论文 a b s t r a c t h i g hs t r e n g t hl o wa l l o y ( h s l a ) h s e c t i o ns t e e l ，w h i c hi s o n eo ft h em o s t e c o n o m i c a la n de n v i r o n m e n t a l s t e e l s ，h a s t h ea d v a n t a g e so fg o o dm e c h a n i c s p e r f o r m a n c e ，e a s ya s s e m b l y , l i g h t w e i g h t , s a v i n gi nm a t e r i a l s ，a n ds oo n 1 1 1 eh s l a h s e c t i o ns t e e l sa r ew i d e l yu s e di nm a n ya s p e c t so fm o d e mi n d u s t r i a lw o r l ds u c ha s o f f s h o r ed r i l l i n gp l a t f o r m s ，b r i d g e s ，s h i p s ，m e c h a n i c a le q u i p m e n t s ，l a r g ec o n s t r u c t i o n p r o j e c t sa n ds oo n p r e s e n t l y , h o t - r o l l e dh i g h - g r e e dh s e c t i o ns t e e l sh a v eb e c o m eo n e o ft h ep r i m ef o c u s e si nt h i sf i e l d ，e s p e c i a l l y , t h eh - s e c t i o ns t e e l sw i la d v a n c e dl o w t e m p e r a t u r ei m p a c tt o u g h n e s sp r o p e r t i e sa r er e q u i r e d ，a st h ee x p l o r a t i o no fs c i e n t i f i c a n de n e r g yr e s o u r c e si nt h ep o l a rr e g i o n sa n dh i g hl a t i t u d er e g i o n s t h e r m a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi sa na d v a n c eu s e f u lm e t h o dw h i c hc a n r e p r o d u c et h et h e r m a la n dm e c h a n i c a lp r o c e s so ft h em a t e r i a l si nt h eh o t - w o r k i n g p r o c e s s ，w h i l eo n l ys m a l ls p e c i m e n sa r er e q u i r e di nt h et h e r m a ls i m u l a t i o nt e s t p r o c e s s t h et h e r m a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hc a nr e f l e c tt h er e g u l a r i t yo ft h e p h a s et r a n s i t i o no ft h em a t e r i a l si nt h eh o t - w o r k i n gp r o c e s s ，c a np r o v i d et h e o r e t i c a l g u i d a n c ea n dt e c h n i c a lb a s i st om a k er e a s o n a b l ep r o c e s s i n gt e c h n i q u ea n dd e v e l o p n e wm a t e r i a l s t h es u b j e c tw a st a k e nf r o mq 3 4 5 e - b a s e dh - b e a mo fl a i w ui r o na n ds t e e l g r o u pc o ，l t d 。，n l ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi s t od e t e r m i n eh o wt h eh o t - w o r k i n g p r o c e s se x e r ti n f l u e n c e o nt h e c h a n g e so ft h ep h a s e sa n dm i c r o s t r u c t u r e o ft h e m a t e r i a l s ，a n dt of i n dt h eb e s tr o l l i n gp a r a m e t e r so ft h ee x p e r i m e n t a ls t e e l s i nt h i s s t u d yac o m p a r a t i v es t u d yo fb o r o na n db o r o n n i c k e lt r e a t e dm a t e r i a l sw a sa l s om a d e t od e t e r m i n et h ed i f f e r e n te f f e c t so fb o r o na n db o r o n - n i c k e lo nt h eq 3 4 5 e - b a s e d s t e e l s i nt h i ss t u d yb o t ht h eb o r o n - t r e a t e da n dt h eb o r o n - n i c k e l t r e a t e dq 3 4 5 es t e e l s w h i c hw e r ee x e r t e dd i f f e r e n tc o o l i n gr a t ea n dd i f f e r e n td e f o r m a t i o nw e r es t u d i e db y u s i n go ft h e r m a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et h e r m a l s i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h em e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s , t h ec c t ( c o n t i n u o u sc o o l i n g t r a n s f o r m a t i o n ) d i a g r a mo ft h et w oe x p e r i m e n t a ls t e e l sw e r ed e t e r m i n e d ab a s i c i i i a b s t r a c t k n o w l e d g ea b o u th o wt h ec o o l i n gr a t ea n dt h ed e f o r m a t i o na f f e c t st h ep h a s et r a n s i t i o n t e m p e r a t u r ea n dt h em i c r o s t r u c t u r ew e r ea l s oa c q u i r e d t h es t u d yi n d i c a t e st h a taf a s t e rc o o l i n gr a t ea n dt h ea d d i t i o no fn i c k e lc a n b r i n g ad e c r e a s eo fa u s t e n i t i cp h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e b e c a u s eo ft h ed e c r e a s eo ft h e a u s t e n i t i c p h a s e t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e ，t h er o l l i n g i nt h ea u s t e n i t e n o n - r e c r y s t a l l i z a t i o nr e g i o ni se a s yt oo p e r a t e t h e r e f o r e ，t h es t e e lw i t hf i n eg r a i n s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sc a nb eo b t a i n e d a sf o rt h e d y n a m i cp h a s e t r a n s i t i o n , t h ea u s t e n i t i cp h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ew i l le x p e r i e n c eg r o w t ha st h e d e f o r m a t i o ni n c r e a s e s t h ep r o d u c t i o np r o c e s sw a sm a d eb a s e do nt h et h e r m a ls i m u l a t i o nr e s u l t sa n d w a sc h e c k e di nt h ep r o d u c t i o np r a c t i c e i ti n d i c a t e st h a tt h es i m u l a t i o nr e s u l t sc a l l r e f l e c tt h e a c t u a lp r o d u c t i o np r o c e s s i n g a st h ed e f o r m a t i o nw a se x e r t e dt ot h e a u s t e n i t ei ni t sn o n - c r y s t a l l i z a t i o nr e g i o n , t h ed e f o r m a t i o na c c u m u l a t i o nc a nb e r e t a i n e d i tc a np r o d u c eaf i n e rf e r r i t e - p e a r l i t es t r u c t u r ei nt h es u b s e q u e n tp h a s e t r a n s i t i o np r o c e s s ，a n da sar e s u l tt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s e s p e c i a l l yt h el o w t e m p e r a t u r ei m p a c tp r o p e r t i e so ft h es t e e l sw e r ei m p r o v e da sw e l l t h i sw o u l dh e l pt o e x p a n dt h er a n g eo fa p p l i c a t i o no fh - b e a m si nt h ec o l de n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：b o r o n ；n i o b i u m ；h - b e a m ；t h e r m a ls i m u l a t i o n ；p h a s et r a n s i t i o n i v 山东火学硕f ? 学位论文 ，鼍曼曼皇曼曼量鼍皇鼍皇曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼皇! 笪曼曼曼曼皇曼曼曼皇曼曼鼍曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼皇曼寡曼量曼曼曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼量曼 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 1 1 1 课题的背景 低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素构成的，它 主要用于工程建筑、车辆、船舶、油罐、输油管等。供货状态为热轧态或正火状 态，显微组织一般为铁素体+ 珠光体组织。常用的低合金高强度结构钢的牌号由 字母“q + 屈服点数值+ 质量等级符号( a 、b 、c 、d 、e ) 三个部分按顺序 排列，如q 2 9 5 、q 3 4 5 、q 3 9 0 、q 4 2 0 、q 4 6 0 等。相对于普通的碳素结构钢来讲， 低合金高强度结构钢有以下优点： 成本增加不多，但是在强度、刚度及稳定性方面有很大的提升； 在达到相同要求的情况下，使用低合金高强钢要比普通的碳素结构钢节 省2 0 的钢材。 在发达国家低合金高强度钢的使用量非常大，约占钢材总量的3 0 左右，而 我国的低合金高强度钢的使用量不足钢材总量的5 ，所以，低合金高强度钢在 我国有着广阔的应用前景。并且加强对低合金高强度钢的研究、应用及推广，对 我国钢铁产业结构升级，资源的优化利用都有着重要的意义。 较低强度级别的钢中，q 3 4 5 钢应用最广。q 3 4 5 钢综合力学性能好，焊接性 能、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，c 、d 、e 级钢具有良好的低温韧性。主 要用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其 他较高载荷的焊接结构伴。 h 型钢是一种新型建筑用钢，是建造钢结构的主要材料。h 型钢截面形状经 济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢 比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属等优点，可使建筑结构减轻3 0 - 4 0 ；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工 作量达2 5 。常用于要求承载能