高淬透性硼微合金化特厚板钢成分优化设计

海洋工程用特厚板钢通常要求具有良好的淬透性，合理设计此类钢化学成分是改善其淬透性的主要方法之一。传统钢成分设计大多以实验为主，耗费巨大。本文以热力学计算软件Thermo-Calc和材料性能计算软件JMatPro为工具，采用计算、预测与实验相结合的研究模式，对含B微合金化特厚板钢进行成分优化，以期获得高淬透性能。使用Thermo-Calc计算了B微合金化钢的热力学平衡析出相。通过对析出相的析出温度、析出量及相间关系分析，阐述了此类钢的成分设计原则，给出了可获得高淬透性的B微合金化钢的设计成分。采用JMatPro对设计钢淬透性进行预测，预测结果很好地说明了设计钢成分的合理性。经过淬透性实验和化学相分析，进一步肯定了优化设计结果。理论计算与实验结果表明高铝含量有利于改善硼微合金化钢淬透性。     

低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能

通过对不同B含量的低碳硼钢和Nb、V微合金化低碳硼钢的冲击实验,研究了B含量及Nb、V微合金化对低碳硼钢冲击性能的影响. 结果表明:0.0006%～0.0015%的B将提高热处理状态钢的冲击韧性,B质量分数超过0.003%将降低钢的冲击韧性. Nb、V复合微合金化同时加入适量Al可显著提高热处理状态低碳硼钢的冲击韧性. Ti质量分数超过0.03%对低碳硼钢和微合金硼钢的冲击性能不利.     

中、低碳合金结构钢的断裂韧性与电子断口特征的关系

我们对40CrNiMo、20SiMn2MoV等几种中、低碳合金结构钢的不同热处理状态的断裂韧性K_(IC)及其与其它基本机械性能的关系进行了研究,得出:对于中碳合金结构钢40CrNiMo,随着强度的提高, 断裂韧性是降低的,符合一般的认为断裂韧性与强度是相互矛盾的看法;但对低碳合金结构钢20SiMn2MoV等,在低、中温回火范围内,K_(IC)值却是随强度的增加而增加,这类钢既具有较高的强度又具有较高的断裂韧性。我们对上述几种钢的断裂韧性试样断口进行了电子显微镜观察,研究了断裂韧性与电子断口特征的关系,对低碳合金结构钢具有高断裂韧性的原因,从电子断口特征方面进行了初步的分析与解释。研究表明:断裂韧性试样预制疲劳裂纹带之后有一个较平坦的延伸带,延伸带后紧接着是有一定宽度的韧窝带。它们的出现与否及宽窄,与材料的K_(IC)值有密切关系。延伸带W_s愈宽,材料K_(IC)值愈高。W_s与表明材料微区塑性的裂纹尖端曲率半径ρ或裂纹尖端张开量2V_c成正比,而K_(IC)~2≈4Eσ_s∈Eρ(=4Eσ_sV_C)。高强度低碳马氏体合金结构钢既具有高的σ_S,又有宽的延伸带W_s(即大的ρ和V_c),因而这种材料在具有高强度的同时,又具有高的断裂韧性。韧窝带W_D的宽度与计算的塑性区尺寸Y_P有相同的数量级,可以从W_D的大小来比较K_(IC)的高低。文中还描述了塑性稳定扩展和脆性失稳扩展的断口特征,并做了一些解释和说明。     

高强高韧低合金锰钢的研制

采用多元合金化思路设计了一种新型低合金高强度高韧性锰钢.研究了该钢的静态CCT曲线、显微组织、断口形貌以及热处理工艺对钢的力学性能的影响.结果表明:该钢中过冷奥氏体的稳定性高,具有高淬透性及高回火稳定性,经890～930℃淬火及200～230℃回火后获得回火板条马氏体组织,使该钢具有高的强韧性(抗拉强度Rm≥1500MPa,冲击韧性Akv≥85J)匹配;钢中适当提高锰含量,符合我国资源情况,具有较高的性价比.     

中、低碳合金结构钢的断裂韧性及其与其它机械性能指标的关系

本文研究合金结构钢的断裂韧性及其与其它基本机械性能指标之间的关系,并着重讨论了中碳含量和低碳含量的合金结构钢其断裂韧性与各种机械性能指标之间关系的差异,得出来一些值得重视的结果。中碳合金结构钢选用有代表性的钢种40CrNiMo,低碳合金结构钢选用高强度低碳马氏体类合金结构钢20SiMn2MoV、22OrMnSiMOV和25SiMn2MoV。试验表明:对于中碳合金结构钢,在不同热处理状态下,K_(IC)值随强度指标σ_s、σ_b的增加而降低,但K_(IC)与σ_s.σ_b并不成反比关系;对于低碳合金结构钢,在低中温回火范围内,K_(IC)值随强度的增加而增加,因此,不能认为“材料强度的提高必然会导致断裂韧性的降低”是一个普遍规律。400rNiMo钢的尺寸因子(K_(IC)/σ_s)~2与δ、Ψ的关系曲线上出现的转折说明,过高的δ、Ψ对(K_(IC)/σ_s)~2作用不大,在选择材料和制定工艺时,对δ、Ψ要合理要求,以利材料强度潜力的发挥。三种新型高强度低碳马氏体类钢的试验结果指出,在淬火低温回火即保持低碳马氏体组织状态时,这类钢具有较高的强度和较高的断裂韧性,与等强度的中碳合金结构钢相比,其断裂韧性值要高得多。这类钢的推广使用将在减轻产品重量、防止脆性断裂方面发挥积极作用。试验还表明:冲击值a_k、CVN与K(IC)随回火温度的变化有相同的走向,予制疲劳裂纹的夏比试样冲击值W/A与K_(IC)有较密切的关系。     

微合金化等对铜基弹性合金疲劳性能的影响

较系统地研究了微合金化元素与形变热处理工艺对铜基合金疲劳性能的影响．结果表明：铜基弹性合金通过多元少量微合金化与形变热处理工艺相配合，能显著提高材料的疲劳性能．获得的微双相组织细小均匀，该组织具有明显的抗裂纹扩展能力，使材料疲劳寿命有较大的提高．     

微合金化等对铜基弹性合金疲劳性能的影响

较系统地研究了微合金化元素与形变热处理工艺对铜基合金疲劳性能的影响。结果表明，铜基弹性合金通过多元少量微合金化与形变热处理工艺相配合，能显著提高材料的疲劳性能。获得的微双相组织细小均匀，该组织具有明显的抗裂纹扩展能力，使材料疲劳寿命有较大的提高。     

低合金抗磨铸钢球磨机衬板的研制

本文研制的以Si,Mn,Gr,Mo合金化,含碳0.6～0.65％的铸造抗磨钢,具有优异的淬透性,较高的硬度和一定韧性,是球磨机衬板的良好材质。该材质衬板与高锰钢衬板同机运转表明,其抗磨性相当于高锰钢的1.5～2.57倍。     

一种Nb-V复合微合金化非调质钢的组织和性能

利用光学显微镜、透射电镜及力学性能测试等手段,研究了一种低碳Nb-V复合微合金化非调质钢的组织与性能.结果表明,成分为0.24%C-1.99%Mn-0.30%Si-0.51%Cr-0.08%V-0.07%Nb的非调质钢,在加热制度为1 200℃×1 h时锻造后空冷或风冷,可以获得较好的综合性能,其原因是Nb-V复合微合金化可以有效地细化非调质钢的组织,因而其冲击韧性得到提高.进一步分析表明,这种钢能够满足汽车前轴的使用要求,可以用于重卡前轴的设计和制造.     

提高60kg级结构钢焊条低温韧性的研究

采用微合金化方式，通过焊条药皮向焊缝过渡微量合金元素来提高Ｓｉ－Ｍｎ－Ｍｏ系６０ｋｇ级结构钢焊条焊缝金属低温韧性。试验结果表明：仅向焊缝过渡大约０．０２１％Ｔｉ时，焊缝韧性就较大的改善。