【摘 要】
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高强钢是经济发展的重要基础材料,由于其优异的韧性、强度和冷弯性能,在能源、电力、汽车制造等邻域有着广泛的应用。在高强钢设计中,为降低合金含量,控制轧制及快速冷却技术广泛应用。快冷却过程在高强钢中引入了巨大的残余应力,导致高强钢材料的使用范围受到了限制。回火是在实际生产过程中降低残余应力,改善板形的有效热处理方法。本课题组在前期的工作中提出,在初始残余应力作用下,由碳化物析出引起的析出塑性是导致70
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高强钢是经济发展的重要基础材料,由于其优异的韧性、强度和冷弯性能,在能源、电力、汽车制造等邻域有着广泛的应用。在高强钢设计中,为降低合金含量,控制轧制及快速冷却技术广泛应用。快冷却过程在高强钢中引入了巨大的残余应力,导致高强钢材料的使用范围受到了限制。回火是在实际生产过程中降低残余应力,改善板形的有效热处理方法。本课题组在前期的工作中提出,在初始残余应力作用下,由碳化物析出引起的析出塑性是导致700L回火残余应力降低的主要原因。目前关于回火析出塑性的研究较少,且对析出塑性的形成机理尚不明确。本文以700L低碳微合金高强钢为研究对象,围绕析出塑性的微观影响机制展开,借助gleeble实验、非等温回火膨胀实验以及SEM、TEM、XRD等实验方法,从不同碳化物组织的制备、以及碳化物形貌对回火析出塑性行为演变规律的影响等方面进行系统地研究。主要结论如下:(1)回火过程中析出碳化物尺寸对析出塑性行为具有显著的影响。在碳化物体积百分比相同的情况下,碳化物的尺寸越小,分布越弥散,析出塑性应变越显著。预变形通过细化析出碳化物的尺寸,使析出塑性应变显著增大。在0.5℃/s升温速率、100MPa外加载荷作用下,当组织中合金碳化物尺寸分别11.6nm、10.8nm和10.1nm时,其析出塑性应变分别为:-5.86×10-3、-6.12×10-3和-6.94×10-3。(2)对于超低碳钢700L,预变形通过增大组织中的位错、亚晶界、空位等缺陷密度,提高合金碳化物的形核率,并减小了析出物的平均直径。当加载应力为0MPa时,未变形试样回火后的碳化物尺寸为13.9nm,5%、10%预变形试样回火后的碳化物尺寸为12.9nm和11.5nm,较未变形试样分别减小了7.2%和17.2%。(3)对于700L,在合金碳化物析出阶段,析出塑性应变与外加载荷呈正相关关系。对于0%预变形、10℃/s升温速率回火试样,当外加载荷从50MPa增加到100MPa时,析出塑性应变也由-8.28×10-3增加到-9.23×10-3。(4)析出塑性随外加应力增加而增大的原因是:外加应力可以促进回火过程中碳化物的形核析出,使碳化物尺寸减小。对于0%预变形、10℃/s升温速率回火试样,当外加载荷为零时,碳化物尺寸偏大为13.9nm。50MPa、100MPa应力回火后,组织中的碳化物数量明显增多、尺寸减小,分别为为11.2nm、10.9nm,且碳化物的析出位置也逐渐由以晶界为主转向晶内弥散分布。(5)提高升温速率,可以减小合金碳化物的析出尺寸,但同时提高合金碳化物的析出及生长温度,两种因素竞争作用的结果决定了回火过程的析出塑性行为。(6)本文采用Greenwood-Johnson模型及幂律蠕变模型对析出塑性方程进行了拟合,并将归一化的碳化物尺寸考虑到析出塑性方程中,来描述预变形对析出塑性应变的影响。结果表明,对于700L,在合金碳化物析出阶段,幂律定律模型能更准确的描述析出塑性应变随外加载荷及预变形的变化趋势。本文通过研究不同碳化物分布对700L析出塑性行为的影响,丰富了析出塑性理论基础。并建立基于碳化物组织结构特征的析出塑性理论模型,为后续热处理过程中合理制定加工工艺以降低高强钢残余应力水提供了理论依据。
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