低碳貝氏體類型的高強(qiáng)韌含鈮微合金焊接結(jié)構(gòu)鋼
含Nb微合金焊接結(jié)構(gòu)鋼系列研究創(chuàng)建了低碳貝氏體類型的高強(qiáng)韌低成本含Nb微合金結(jié)構(gòu)鋼新體系。通過產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，在對物理冶金原理深入研究基礎(chǔ)上，發(fā)展出全新的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化新思路與新技術(shù)，創(chuàng)建了我國新一代高性能低成本含Nb微合金鋼體系。新鋼種在良好韌性基礎(chǔ)下屈服強(qiáng)度達(dá)到500～800MPa級，具有優(yōu)良的綜合性能及可焊性，達(dá)到了合金用量少、節(jié)能、環(huán)保的要求。
項目采用大幅降碳及綜合微合金化設(shè)計，通過位錯強(qiáng)化、形變誘導(dǎo)納米析出強(qiáng)化、中溫相變控制、特別是超細(xì)組織強(qiáng)化等手段，發(fā)展出新一代屈服強(qiáng)度500～800MPa級低碳貝氏體鋼系列，新體系涉及我國千萬噸級低合金鋼的升級換代，對推動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈向國際先進(jìn)水平發(fā)展起到了重要作用。主要成果包括：
(1)在國際上首創(chuàng)了利用晶內(nèi)針狀鐵素體對變形奧氏體的分割作用;在變形奧氏體晶粒內(nèi)形成一定取向差位錯胞狀結(jié)構(gòu)對貝氏體生長的限制作用及納米析出相對亞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用，三位一體的低碳貝氏體組織超細(xì)化原理，獲得了微米亞微米超細(xì)化低碳貝氏體基體。這種超細(xì)化組織具有優(yōu)良的綜合性能及很高的熱穩(wěn)定性。形成了系統(tǒng)的低碳貝氏體鋼超細(xì)組織的形成、控制及應(yīng)用理論。
(2)發(fā)明了在特定合金成分設(shè)計基礎(chǔ)上實現(xiàn)上述超細(xì)化思路的弛豫-析出-控制相變專利工藝技術(shù)，大幅度提高了工業(yè)化產(chǎn)品的綜合性能，實現(xiàn)了低合金鋼種向超細(xì)化低碳貝氏體基體的轉(zhuǎn)換，強(qiáng)度比16Mn鋼翻番，創(chuàng)建了新一代高綜合性能低碳貝氏體鋼系列。
(3)新思路、新技術(shù)已在主要冶金企業(yè)推廣。低成本、高性能、不需要再加熱淬火的節(jié)能型低碳貝氏體鋼已有十個鋼號牞30萬t以上產(chǎn)品投入市場，銷售收入超過15億，企業(yè)利稅超過5億元，性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。產(chǎn)品已廣泛用于橋梁、海洋平臺、工程機(jī)械、采挖設(shè)備、軍用舟橋等，推動了高強(qiáng)韌焊接結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品更新?lián)Q代。
為實現(xiàn)這一整套創(chuàng)新的微米、亞微米超細(xì)中溫轉(zhuǎn)變組織的形成思路，必須在成分設(shè)計上得到高強(qiáng)度、高韌性貝氏體基體，同時在工藝控制技術(shù)上實現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變前原始變形奧氏體晶粒的精細(xì)分割，形成有能力阻擋貝氏體相變產(chǎn)物長大的分割界面，最終實現(xiàn)高強(qiáng)度、低成本、節(jié)能型新一代鋼的全面性能要求。
技術(shù)方案及創(chuàng)新成果在對鋼中各類晶體缺陷(特別是變形位錯)與微合金元素(B、Nb、Ti等)交互作用以及在形變熱處理全過程中溶質(zhì)偏聚、納米析出對貝氏體相變作用等原理長期研究基礎(chǔ)上提出：
(1)新一代鋼采用特殊的成分設(shè)計與強(qiáng)韌化手段
新一代鋼采用了大幅度降碳設(shè)計(采用0.03%～0.07%C)，可保證在通常的冷卻條件下完全不產(chǎn)生滲碳體，得到塑性和韌性極佳的低碳貝氏體基體。在新鋼種的強(qiáng)化手段上，采用了超低碳及多元微合金綜合作用的合金化設(shè)計。鋼種的強(qiáng)化原理，主要是利用切變型相變特有的，可以在相變產(chǎn)物中保留大量變形位錯的位錯強(qiáng)化;利用變形誘導(dǎo)和促進(jìn)Nb、Ti、V的彌散析出強(qiáng)化及少量納米級的ε-Cu的時效強(qiáng)化;更主要的是利用了相互交叉的微米級貝氏體板條束及亞微米級板條間界的細(xì)晶強(qiáng)化。三種主要強(qiáng)化手段強(qiáng)化程度的合理選取，保證了新一代鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到500～800MPa級，并可進(jìn)一步發(fā)展到1000MPa級以上。
(2)在國際上首次獨創(chuàng)了中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化原理
新一代鋼首次采用了晶內(nèi)針狀鐵素體的分割作用，高溫變形晶體內(nèi)一定取向差位錯胞狀結(jié)構(gòu)的限制作用以及納米級微合金元素析出相的穩(wěn)定作用，三位一體的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化理論原理來獲得微米、亞微米貝氏體組織。
(3)具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化弛豫-析出-控制相變專利技術(shù)的發(fā)明
為了實現(xiàn)前述中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化，形成高強(qiáng)度、綜合性能優(yōu)良的新一代鋼系列，該項目創(chuàng)建了具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化的弛豫-析出-控制相變專利技術(shù)，并完善了新工藝的實際控制方法。
在工業(yè)化大生產(chǎn)條件下，采用創(chuàng)新思路及專利工藝技術(shù)，通過適當(dāng)控制弛豫階段工藝環(huán)節(jié)的溫度，弛豫工藝(包括不同厚度鋼板的開始弛豫溫度、弛豫時間、冷卻開始溫度、加速冷卻速度及終冷溫度等)在加入合金總量小于1%條件下，成功實現(xiàn)了設(shè)計鋼種的屈服強(qiáng)度比16Mn鋼翻一番，并且沖擊韌性大幅度提高。(中國冶金報)
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