一种高强度水电用钢加工工艺与组织性能研究

【摘要】：近年来,随着我国水电建设步伐的加快,尤其是大容量抽水蓄能电站的兴建,高水头、大直径、高HD值压力钢管的不断涌现,对水电用钢板的强韧性和焊接性能等提出了更高的要求。为了减少钢管、蜗壳、岔管的壁厚,降低施工和焊接难度,这些高参数、大型化压力钢管,特别是岔管,已经开始采用级别为800 MPa的高强钢板。但该级别水电用高强钢板,通常价格较高,附加值也高。因此,研究出强韧性和焊接性更加良好的钢板是目前迫切需要解决的问题之一,这对于其工程应用具有重要意义。本文基于上述背景,设计并优化了该级别实验钢的化学成分,研究了加工工艺及热处理工艺参数等对其组织和力学性能的影响。主要内容和结果如下：(1)根据JMatPro软件对钢板性能的模拟结果,以保证实验钢的力学性能达标、合金元素多元少量添加为原则,计算并优化了实验钢的化学成分。同时,为了保证实验钢的焊接性能,碳当量控制在最低水平,并添加Cr、Mo、Mn等元素提高淬透性；最终的化学成分满足了设计的要求。(2)利用热膨胀法和金相法,在相变仪上测定了实验钢的静态CCT图,获得了冷却速率对实验钢组织和硬度的影响规律,揭示了不同冷却速率下实验钢的相变过程组织特征。结果表明：轧后冷却速率控制在10～40℃/s范围内时,可以得到全部板条马氏体组织,其最高硬度为468 HV。(3)利用热膨胀法和金相法在相变仪上测定了实验钢的SH-CCT图,获得了冷却速率对焊接热影响区组织和硬度的影响规律,揭示了不同冷却速率下焊接热影响区的相变过程组织特征。当冷却速率低于10℃/s(即t8/530 s)时,得到的组织不全为马氏体组织,其最高硬度为414 HV。(4)利用实验室φ450 mm热轧机组模拟了两阶段轧制工艺,并对轧后实验钢的显微组织进行了观察。结果表明：热轧后实验钢的组织为较细的粒状贝氏体组织。(5)对轧后的实验钢进行了不同温度和时间的淬火和回火实验,对其微观组织和力学性能进行了观察和检测分析,获得了淬火和回火工艺参数对组织性能的影响规律,提出了合适的调质热处理工艺参数,以满足力学性能的设计要求。调质热处理工艺应为：对实际厚度为12mm的水电用钢板(对应相同压缩比厚度为38mm的钢板),淬火加热温度为910-930。C,保温时间为20 min回火加热温度为650℃,保温时间为40min。 【关键词】：水电用钢 800 MPa级 控轧控冷 调质热处理 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG142.1;TG161
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 国内水电用钢概述13-18
• 1.2.1 压力容器用500 MPa级钢板14-15
• 1.2.2 压力容器用600 MPa级钢板15-17
• 1.2.3 压力容器用800 MPa级钢板17-18
• 1.3 压力容器800 MPa级钢板的强韧化机制18-22
• 1.3.1 固溶强化18-19
• 1.3.2 沉淀强化和弥散强化19-20
• 1.3.3 细晶强化20-22
• 1.3.4 晶界强化22
• 1.4 压力容器用钢的热处理工艺22-25
• 1.4.1 淬火23-24
• 1.4.2 回火24-25
• 1.4.3 调质热处理25
• 1.5 课题背景及研究内容25-27
• 1.5.1 课题背景及意义25
• 1.5.2 课题研究内容25-27
• 第2章 成分设计与冶炼27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 化学成分设计27-36
• 2.2.1 合金元素的作用27-30
• 2.2.2 基础化学成分的确定30
• 2.2.3 通过JMatPro软件确定合理化学成分30-34
• 2.2.4 成分优化34-36
• 2.3 通过Thermo-Calc软件进行热力学分析36-37
• 2.4 实验用钢的冶炼37-39
• 第3章 800 MPa级水电用钢连续冷却转变行为39-51
• 3.1 引言39
• 3.2. 奥氏体连续冷却转变曲线的绘制39-41
• 3.2.1 连续冷却转变曲线的测量原理39-40
• 3.2.2 临界点和各组织含量的确定40-41
• 3.3 奥氏体化临界点的测量41
• 3.4 过冷奥氏体连续冷却转变行为41-46
• 3.4.1 实验方案41-43
• 3.4.3 冷却速率对奥氏体连续冷却转变组织的影响43-46
• 3.4.4 冷却速率对组织显微硬度的影响46
• 3.5 焊接热影响区连续冷却转变行为46-49
• 3.5.1 实验方案46-47
• 3.5.2 SH-CCT曲线47-48
• 3.5.3 焊接热影响区冷却速率对显微组织的影响48-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 实验钢控轧控冷和热处理工艺研究51-74
• 4.1 引言51
• 4.2. 控轧控冷工艺研究51-53
• 4.2.1 实验方案52
• 4.2.2 实验结果与分析52-53
• 4.3 淬火温度的确定53-60
• 4.3.1 实验方案53-54
• 4.3.2 实验结果与分析54-60
• 4.4 回火温度的确定60-69
• 4.4.1 实验方案60-61
• 4.4.2 实验结果与分析61-69
• 4.5 调质工艺保温时间的确定69-73
• 4.5.1 实验方案70
• 4.5.2 实验结果与分析70-73
• 4.6 本章小结73-74
• 第5章 结论74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79

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