【摘 要】
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随着日韩、欧美对节Ni和高Mn低温钢材料的不断开发以及我国对低温储罐用钢的大量需求,研究低成本低温钢,并分析强韧化机理十分必要。本文针对Ni系低温钢成本高及工艺复杂的问题,通过以Mn代Ni的思路,设计出两种中锰低温钢:5Mn、5Mn-1.5Ni钢。并采用QLT工艺进行处理,获得了室温组织为板条马氏体、铁素体及逆相变奥氏体且具有优良强度及低温韧性的薄钢板。分析热处理过程中的组织演变与力学性能规律,确
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随着日韩、欧美对节Ni和高Mn低温钢材料的不断开发以及我国对低温储罐用钢的大量需求,研究低成本低温钢,并分析强韧化机理十分必要。本文针对Ni系低温钢成本高及工艺复杂的问题,通过以Mn代Ni的思路,设计出两种中锰低温钢:5Mn、5Mn-1.5Ni钢。并采用QLT工艺进行处理,获得了室温组织为板条马氏体、铁素体及逆相变奥氏体且具有优良强度及低温韧性的薄钢板。分析热处理过程中的组织演变与力学性能规律,确定最佳工艺参数,分析强韧化机理。本文主要工作及结论如下:（1）依据“以Mn代Ni”思路,在钢中加入Mn替代Ni,并加入Cr、Mo等元素,以实现固溶强化,细化晶粒,提升奥氏体稳定性的目的,限制P、S等元素含量,保证钢的低温韧性。结合热力学软件Thermo-Calc,计算了实验钢不同温度下各相的体积分数及相变温度,设计出两种中锰低温钢,成分为:0.05C-5Mn-0.15Ni-0.40Cr-0.20Mo,0.05C-5Mn-1.50Ni-0.40Cr-0.20Mo。利用全自动相变仪研究实验钢的连续冷却相变行为,确定了两种实验钢的相变温度,绘制了静态CCT与动态CCT曲线。（2）对两种实验钢进行轧制工艺的研究,经过8个道次热轧后得到12mm薄钢板,两种实验钢板的屈服强度均超过900MPa,抗拉强度超过1100MPa,延伸率超过19%,室温冲击功在90J左右,-100℃冲击功均大于40J。（3）对两种实验钢进行了高温淬火及回火处理,分析了高温淬火温度、时间对组织性能的影响,得到5Mn钢的最佳淬火工艺为780℃-180min,此时屈服强度、抗拉强度分别为 623MPa、790MPa,延伸率为 34.7%,-100℃ 冲击功为 141.8J,强塑积为 27.41GPa-%;5Mn-1.5Ni钢的最佳淬火工艺为750℃-180min,此时屈服强度、抗拉强度分别为625MPa、858MPa,延伸率为 34.5%,-100℃冲击功为 147.5J,强塑积为 29.60GPa-%。（4）分析了回火温度、时间对组织性能的影响,得到5Mn钢的最佳热处理工艺为780℃-180min-680℃-60min-600℃-180min,此时屈服强度、抗拉强度分别为 591MPa、782MPa,延伸率为36.8%,-100℃冲击功为162.8J,强塑积为28.78GPa·%,室温逆相变奥氏体含量达 19.2%;5Mn-1.5Ni 钢的最佳热处理工艺为 750℃-180min-650℃-60min-590℃-180min,此时屈服强度、抗拉强度分别为626MPa、792MPa,延伸率为36.1%,-100℃冲击功为170.8J,强塑积为28.59GPa·%,室温逆相变奥氏体含量为19.8%。（5）两种实验钢经过QLT工艺处理后,结合EPMA面扫结果,部分亮白色凸出板条及凹陷形貌为逆相变奥氏体,分布在马氏体板条间的逆相变奥氏体多为薄膜状,分布在原奥氏体晶界及板条束界处的逆相变奥氏体多为块状,逆相变奥氏体的形成净化了基体,改善了材料塑性变形能力,在低温冲击过程中,能够缓解尖端应力集中,阻碍裂纹的扩展。同时细化了组织,提升了大角度晶界比例,材料对裂纹扩展的抑制能力更强。对比两种实验钢,5Mn-1.5Ni钢的综合力学性能更加优异,韧脆转变温度更低达到-120℃以下。
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