高韧性低碳马氏体型超高强度钢的设计及典型钢种的组织结构与性能

本文从强韧化低碳马氏体和控制马氏体形态和亚结构出发,研究了以Fe-Si-Mn-Mo-V为基,适当添加Cr和Ni的低碳马氏体型超高强度钢的组织与性能.分析了新钢种在透射电镜下的组织结构特征,对马氏体、板条相界残余奥氏体和碳化物的衍射斑点,进行了标定.研究表明:淬火态下,新钢种的显微组织由四种相(位错马氏体、板条相界残余奥氏体薄膜、ε-碳化物和未溶碳化物)所组成.文中讨论了各组成相对强度和韧性的影响.当950℃淬火300-350℃回火时,新钢种获得了最佳的强韧配合,其抗拉强度大于等于1765.2Mpa(180kg/mm~2),屈服强度大于等于1422Mpa(145ka/mm~2)和断裂韧性(K_1C)值大于等于127.7MN/m~(3/2)(410kg/mm~(3/2)).这表明通过强化韧性较高的低碳马氏体代替韧化中碳马氏体来发展超高强度钢,具有很大的优越性.     

探索新强韧化机制 开拓超高强度钢新领域

论述了超细化马氏体板条，共格沉淀新强化相（Laves相），M2C碳化物和残余—逆转变奥氏体向马氏体相变诱发塑性等强韧化机理，用超纯洁熔炼、超均匀化及控制相变等工艺，获得一种低碳-14Cr-12Co-5Mo-Me新型超高强度、高塑性、高韧性不锈钢。     

低碳合金结构钢的微观结构与断裂性质

本文研究了几种典型的低碳马氏体高强度钢的微观结构和强度、韧度、裂纹扩张阻力曲线特性随回火温度的变化以及相互之间的关系。研究结果表明:随回火温度提高,低碳马氏体位错亚结构由均匀、弥散分布变化为位错缠结,形成位错胞壁继而趋于逐渐消夫;碳化物按魏氏分布析出,由细小、均匀、弥散的针状转变为球状;板条束间存在的残余奥氏体膜在中温回火发生分解,形成碳化物膜。低碳马氏体具有高的强度和抗启裂韧度,但抵抗裂纹继续扩张的能力较弱。在J_R阻力曲线中,J_j表征材料抵抗启裂能力的大小,斜率dJ/da表征在给定试样几何条件下材料抵抗裂纹继续扩张的能力。当材料的强度级别较高时,dJ/da是由dJ_e/da和dJ_p/da二部分构成;当材料级别较低时,dJ/da主要由dJ_p/da构成,无量纲参数c有可能用来判别材料抵抗裂纹扩张的能力。     

超高强度钢耐腐蚀性能研究进展

 钢是应用最早、用量最大的重要结构材料,在航空工业领域,钢主要用于制造重要承力结构件、连接件、紧固件和传动系统零件等。一般认为凡室温屈服强度超过1300MPa,抗拉强度超过1400MPa,并具有较高的比强度（强度/密度）和一定韧性的钢称为超高强度钢。超高强度钢是在普通结构钢的基础上发展起来的一种超高强度、高韧性的合金钢,是制造国防尖端武器的关键材料,在航空、航天领域也得到广泛的应用。本文分别介绍了低合金超高强度钢和高合金超高强度钢耐蚀性能方面的研究进展。低合金超高强度钢300M等对腐蚀疲劳及应力腐蚀开裂往往非常敏感;高合金超高强度钢Aermet100具有优良的抗应力腐蚀开裂能力。新型超高强度不锈钢在耐蚀性能方面的优越性使其受到人们越来越多的关注。新一代航空用超高强度钢的未来发展方向应为：开发超高强度、内在耐蚀的钢以取代现有镉镀层防护工艺,达到良好的耐蚀效果。     

低碳钢的淬透性与非马氏体分解产物对低碳马氏体机械性能的影响

国内外许多试验研究工作表明:低碳马氏体是高强度、大韧性相结合的组织状态。然而低碳钢或低碳合金钢的淬透性毕竟是较低的,在增大截面尺寸,心部获得非马氏体分解产物时,其综合机械性能变化规律如何?迄今还缺乏这方面的研究报导,为此本文通过试验,寻找了15、25、20Cr、和18CrMnTi四种钢,经过强烈淬火,保证心部获得100%、90%及50%低碳马氏体的最大钢棒直径,并同时分析研究了不同直径的上述四种钢心部非马氏体分解产物的变化规律及其对性能的影响。大截面静拉伸和扭转试验结果表明:试样心部出现10%的铁素体,对各项性能指标影响甚微,从静强度来说一般均在140～120公斤/毫米~2左右的高强度钢的强度范围,而心部出现10%以下屈氏体和铁素体时,虽有一定影响,但影响程度不大,心部组织中出现大量铁素体或屈氏体,性能将大大恶化。18CrMnTi钢大截面心部冲击值的模拟试验表明,心部出现20%的铁素体,室温冲击值在8公斤一米/厘米~2左右,而在-70℃时仍达6公斤一米厘米~2这说明非马氏体分解产物对低碳马氏体的脆性倾向影响较小,这是很可贵的。     

低碳马氏体的强化及其应用

概述了低碳钢或低碳合金淬火低温回火工艺获得低碳马氏体的强化，通过实验验证了低碳马氏体的性能和应用价值。     

含硼低合金高强度钢焊接热影响区冲击韧度

利用Gleeble热模拟机对含硼低合金高强度钢板进行不同焊接工艺下的热模拟实验,研究了焊接热影响区(HAZ)的过热区显微组织、韧度及其变化规律.结果表明:钢板过热区冲击韧度随冷却时间t8/3的增大而显著降低;当t8/3小于67s时,过热区冲击韧度较高,相应过热区组织为板条马氏体或板条马氏体+贝氏体,晶粒较细小.800MPa级低碳贝氏体钢板焊接工艺实验结果表明,焊接热输入量为0.96～2.11kJ.mm-1、焊道间温度为150～200℃和焊后热处理,焊接接头焊缝金属和焊接热影响区的冲击韧度保持较高水平,说明钢板对焊接工艺有较强的适应性.     

梯度结构中间坯制备超细晶低碳钢的组织特性与强化机理

通过中间坯超快冷工艺,在0.2%C-2%Mn普碳钢中获得表层铁素体和心部马氏体的梯度层状组织,实现了钢板压下量约50%的大变形温轧.大变形马氏体经450℃和530℃退火后,制备出平均晶粒尺寸为0.52μm和0.66μm的超细晶组织.利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和准静态拉伸试验等手段,研究了超细晶钢板的微观组织与力学性能.结果表明,相较于610℃退火粗晶钢板,450℃和530℃退火超细晶钢的屈服强度可提升2～3倍,平均屈服强度分别达到了1 475 MPa和1 196 MPa,延伸率也显著下降.晶界强化和位错强化是超细晶钢强度提升的主要强化机制,而加工硬化率降低导致了超细晶钢的塑性下降.     

23Co14Ni12Cr3MoE超高强度钢中痕量元素P分析方法

 随飞机性能的不断提高，对制造关键承力件所用的高强度钢提出了更高的要求，向着超高强、高韧性和耐蚀的方向发展，相继蕴育而生了Co-Ni超高强度钢Hy-180、AF1410和AerMet100。AerMet100（23Co14Ni12Cr3MoE）具有优良的综合性能，使用强度达到1965MPa，断裂韧性不低于110MPa·m1/2。同时还具有良好的抗疲劳、抗应力腐蚀性能。为保证合金的综合性能，对合金中的杂质元素的含量要求严格，特别是痕量元素P要求达到双零级（P≤0.001%）。本文通过对目前国内外对合金中痕量元素P分析的主要分析标准比较，结合23Co14Ni12Cr3MoE超高强度钢不含W、Nb、Ta、V、Ti、Zr、As等干扰元素的特点，制定了以乙酸丁酯萃取磷钼蓝光度法进行分析，不经沉淀分离，一步萃取的简便测试方法，测定痕量元素P下限为0.001%，相对标准偏差RSD小于30%。     

中国低活化马氏体钢组织性能及强化机理

通过光学显微镜、透射电镜和化学相分析等方法研究了中国低活化马氏体(CLAM)钢的组织特征、析出行为及其与性能的关系.结果表明:CLAM钢淬火态组织为马氏体,760℃回火后组织转变为细小均匀的索氏体.其室温下的抗拉强度为697MPa,屈服强度为652MPa,延伸率为24.4%;600℃时抗拉强度为453MPa,屈服强度为452MPa,延伸率为23%.韧脆转变温度为-60℃.CLAM钢中的析出物主要为30～70 nm的M23C6和Ta(C,N),这些主要分布在晶界且少量弥散分布于晶内的析出物是强化CLAM钢的主要方式之一.     

高强耐候钢Q450NQR1腐蚀规律和机制

 通过采用周浸腐蚀试验方法研究了Q450NQR1高强耐侯钢和Q345钢在浓度为0.01mol/L的亚硫酸氢钠溶液中,经过6,24,48,72和96h周浸腐蚀试验后的耐腐蚀性能,并测试了不同周浸腐蚀时间后试样的腐蚀电位和腐蚀电流密度.研究发现,Q450NQR1钢腐蚀速率随试验时间延长而下降,其表面的锈蚀产物膜在周浸腐蚀试验48h后基本达到稳定.Q450NQR1钢在浸泡各个周期内相对Q345钢均有更好的耐腐蚀性.电化学极化实验证实Q450NQR1钢的腐蚀电流48h后趋于稳定,而Q345B 48h后腐蚀电流密度略有增大,这与周浸腐蚀试验结果是一致的.微观腐蚀形貌及EDS分析认为这是由于Q450NQR1钢中添加的Cu和Cr元素参与了腐蚀成膜,并促使腐蚀产物膜整齐致密.XRD分析结果表明,Q450NQR1钢随时间延长,腐蚀产物中的α-FeOOH含量不断增加,在48h后含量基本稳定,大量α-FeOOH促使了锈层更加致密稳定,从而提高了Q450NQR1试样的耐腐蚀能力.     

无镍不锈钢17Cr10Mn2MoN的制备与性能

采用气雾化法制备含氮无镍不锈钢粉末，利用热等静压成形并对材料进行固溶处理．热等静压后，材料具有良好的强度、塑性及韧性，抗拉强度为850MPa，屈服强度为505MPa，延伸率为44．5％，断面收缩率为47．5％，冲击功为44J．材料经1100℃固溶处理1h后，塑性和韧性得到进一步提高，延伸率为50．0％，断面收缩率为55．5％，冲击为68J．材料强度和耐蚀性优于316L不锈钢．     

钢管超高强混凝土经济效益分析

对不同强度的钢筋混凝土和钢管混凝土的经济效益进行了分析。分析结果表明:在支撑相同荷载的前提下,混凝土强度越高,造价越低。钢管超高强混凝土的造价比C60、C40钢筋混凝土的造价分别降低28.8%和36.7%;混凝土强度越高,其钢管混凝土的造价越低。在钢管壁厚和钢材强度相同的前提下,混凝土强度为116 MPa的钢管超高强混凝土的造价比30 MPa、54 MPa、83 MPa的钢管混凝土分别降低了30.3%、18.7%和11.5%,横截面积分别减小了54.9%、38.8%、21.5%。     

超快冷速对钒钛微合金化超高强冷轧板组织性能的影响

超高强冷轧板生产中连续退火工艺十分重要,其快冷阶段的冷却速度对产品性能有较大的影响。本文是在实验室条件下对钒钛微合金化超高强冷轧板连退冷却工艺中快冷阶段冷却速度对产品性能影响的研究,实现抗拉强度达到1 000 MPa。实验中将快冷速度设置为20,50,200,500和1 000℃/s,利用光学显微镜、SEM、TEM组织观察和力学性能测试等方法,研究发现:随着快冷速度增加,铁素体和马氏体晶粒细化,马氏体比例增加且趋于板条状;抗拉强度、屈服强度、屈强比均增加,而延伸率和强塑积不断降低。     

等温自由锻温度对7085铝合金组织与性能的影响

通过金相组织观察、扫描电镜分析和室温拉伸力学性能及剥落腐蚀实验,分析探讨等温自由锻温度对7085铝合金显微组织、力学性能和剥落腐蚀的影响.研究结果表明:在370℃和400℃等温自由锻时,合金发生严重再结晶,强度较低,伸长率稍高,剥蚀抗力较差;在420℃锻造时,合金出现大量细小且分布均匀的亚晶粒,抗拉强度、屈服强度、伸长率和剥蚀抗力均较好,分别达到533.2 MPa,495 MPa,13.3％和EA.在450℃锻造时,该合金的晶粒开始长大,强度下降,伸长率稍有升高,剥蚀抗力较差.综合考虑显微组织、强度、塑性和剥落腐蚀等因素,确定420℃为合金等温自由锻最佳锻造温度.     

700 MPa冷轧低合金超高强钢的典型连续退火工艺

为了开发新一代冷轧低合金超高强钢,利用连续退火实验机对Ti-0.12%、Nb-0.076%的冷轧低合金超高强钢进行连续退火实验,设计了760~830℃四种不同退火温度,研究了退火温度对实验钢的相组成、晶粒尺寸和力学性能的影响.在800℃退火、400℃过时效的条件下,可得到铁素体和少量贝氏体的组织,铁素体晶粒尺寸约为1.4μm,屈服强度可达700 MPa.同时利用扫描电镜和透射电镜观察到钢中存在大量纳米尺寸的亚晶结构、少量位错以及纳米级的Ti、Nb的析出物,这些微结构单元对强度有较大的提升作用.     

Effects of chromium on the corrosion and electrochemical behaviors of ultra high strength steels

The effects of chromium on the corrosion and the electrochemical behaviors of ultra high strength steels were studied by the salt spray test and electrochemical methods. The results show that ultra high strength steels remain martensite structures and have anodic dissolution characteristic with an increase of chromium content. There is no typical passive region on the polarization curves of an ultra high strength stainless steel, AerMet 100 steel, and 300M steel. However, chromium improves the corrosion resistance of the stainless steel remarkably. It has the slowest corrosion rate in the salt spray test, one order of magnitude less than that of AerMet 100 and 300M steels. With the increase of chromium content, the polarization resistance becomes larger, the corrosion potential shifts towards the positive direction with a value of 545 mV, and the corrosion current density decreases in electrochemical measures in 3.5wt% NaCl solutions. Because of the higher content of chromium, the ultra high strength stainless steel has a better corrosion resistance than AerMet 100 and 300M steels.     

等温淬火工艺对超高强贝氏体钢组织性能影响

针对低碳超高强贝氏体钢在不同等温淬火工艺下的组织和力学性能演变规律进行研究.结果表明:与一阶段等温淬火工艺相比,两阶段工艺下组织中贝氏体量增加,马氏体量相对减少,致使实验钢的屈服强度高达1178MPa,提高58%,延伸率从7.7%升高到14.4%,单位冲击韧性达到66J/cm²,提升16%.对比研究不同等温淬火工艺下实验钢的强塑性匹配发现,两阶段工艺A₃(240℃等温2h后再270℃等温1h)条件下实验钢的强塑积可达21888MPa·%.通过两阶段工艺,可消除实验钢中由于Mn元素偏析造成的马氏体带,获得相对均匀的贝氏体组织,从而使得实验钢的强度和韧性同时提高.     

合金元素对316 LN 不锈钢的力学性能和点蚀性能的影响

研究了N、Cr、Mo和Ni四种合金元素含量的变化对核电主管道用固溶态316LN不锈钢的晶粒尺寸以及常规力学性能和点蚀性能的影响.随着N含量的升高,316LN的晶粒明显细化,其在固溶处理过程中晶粒长大趋势也减小. N含量的升高可改善316LN的力学性能和耐点蚀性能,但是当N质量分数达到0.20%时,其耐点蚀性能又开始变差.晶粒细化对316LN强度的影响远小于N含量对316LN强度的影响. Cr及Ni含量对316LN的晶粒尺寸及抗拉强度、屈服强度等力学性能影响不大;Cr含量增加可轻微改善316LN的抗点蚀能力,Ni元素对316LN的耐点蚀性能影响不大,但可增大钝态的腐蚀速度从而不利于钝化膜的稳定.随Mo含量增加,316LN的晶粒尺寸略有减小,强度增大,延伸率显著降低,耐点蚀能力改善.