一種高強(qiáng)度水電用鋼加工工藝與組織性能研究

【摘要】：近年來(lái),隨著我國(guó)水電建設(shè)步伐的加快,尤其是大容量抽水蓄能電站的興建,高水頭、大直徑、高HD值壓力鋼管的不斷涌現(xiàn),對(duì)水電用鋼板的強(qiáng)韌性和焊接性能等提出了更高的要求。為了減少鋼管、蝸殼、岔管的壁厚,降低施工和焊接難度,這些高參數(shù)、大型化壓力鋼管,特別是岔管,已經(jīng)開始采用級(jí)別為800 MPa的高強(qiáng)鋼板。但該級(jí)別水電用高強(qiáng)鋼板,通常價(jià)格較高,附加值也高。因此,研究出強(qiáng)韌性和焊接性更加良好的鋼板是目前迫切需要解決的問題之一,這對(duì)于其工程應(yīng)用具有重要意義。本文基于上述背景,設(shè)計(jì)并優(yōu)化了該級(jí)別實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分,研究了加工工藝及熱處理工藝參數(shù)等對(duì)其組織和力學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容和結(jié)果如下：(1)根據(jù)JMatPro軟件對(duì)鋼板性能的模擬結(jié)果,以保證實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能達(dá)標(biāo)、合金元素多元少量添加為原則,計(jì)算并優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分。同時(shí),為了保證實(shí)驗(yàn)鋼的焊接性能,碳當(dāng)量控制在最低水平,并添加Cr、Mo、Mn等元素提高淬透性；最終的化學(xué)成分滿足了設(shè)計(jì)的要求。(2)利用熱膨脹法和金相法,在相變儀上測(cè)定了實(shí)驗(yàn)鋼的靜態(tài)CCT圖,獲得了冷卻速率對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼組織和硬度的影響規(guī)律,揭示了不同冷卻速率下實(shí)驗(yàn)鋼的相變過(guò)程組織特征。結(jié)果表明：軋后冷卻速率控制在10～40℃/s范圍內(nèi)時(shí),可以得到全部板條馬氏體組織,其最高硬度為468 HV。(3)利用熱膨脹法和金相法在相變儀上測(cè)定了實(shí)驗(yàn)鋼的SH-CCT圖,獲得了冷卻速率對(duì)焊接熱影響區(qū)組織和硬度的影響規(guī)律,揭示了不同冷卻速率下焊接熱影響區(qū)的相變過(guò)程組織特征。當(dāng)冷卻速率低于10℃/s(即t8/530 s)時(shí),得到的組織不全為馬氏體組織,其最高硬度為414 HV。(4)利用實(shí)驗(yàn)室φ450 mm熱軋機(jī)組模擬了兩階段軋制工藝,并對(duì)軋后實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明：熱軋后實(shí)驗(yàn)鋼的組織為較細(xì)的粒狀貝氏體組織。(5)對(duì)軋后的實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行了不同溫度和時(shí)間的淬火和回火實(shí)驗(yàn),對(duì)其微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了觀察和檢測(cè)分析,獲得了淬火和回火工藝參數(shù)對(duì)組織性能的影響規(guī)律,提出了合適的調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù),以滿足力學(xué)性能的設(shè)計(jì)要求。調(diào)質(zhì)熱處理工藝應(yīng)為：對(duì)實(shí)際厚度為12mm的水電用鋼板(對(duì)應(yīng)相同壓縮比厚度為38mm的鋼板),淬火加熱溫度為910-930。C,保溫時(shí)間為20 min回火加熱溫度為650℃,保溫時(shí)間為40min。 【關(guān)鍵詞】：水電用鋼 800 MPa級(jí) 控軋控冷 調(diào)質(zhì)熱處理 微觀組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TG142.1;TG161
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)水電用鋼概述13-18
• 1.2.1 壓力容器用500 MPa級(jí)鋼板14-15
• 1.2.2 壓力容器用600 MPa級(jí)鋼板15-17
• 1.2.3 壓力容器用800 MPa級(jí)鋼板17-18
• 1.3 壓力容器800 MPa級(jí)鋼板的強(qiáng)韌化機(jī)制18-22
• 1.3.1 固溶強(qiáng)化18-19
• 1.3.2 沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化19-20
• 1.3.3 細(xì)晶強(qiáng)化20-22
• 1.3.4 晶界強(qiáng)化22
• 1.4 壓力容器用鋼的熱處理工藝22-25
• 1.4.1 淬火23-24
• 1.4.2 回火24-25
• 1.4.3 調(diào)質(zhì)熱處理25
• 1.5 課題背景及研究?jī)?nèi)容25-27
• 1.5.1 課題背景及意義25
• 1.5.2 課題研究?jī)?nèi)容25-27
• 第2章 成分設(shè)計(jì)與冶煉27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 化學(xué)成分設(shè)計(jì)27-36
• 2.2.1 合金元素的作用27-30
• 2.2.2 基礎(chǔ)化學(xué)成分的確定30
• 2.2.3 通過(guò)JMatPro軟件確定合理化學(xué)成分30-34
• 2.2.4 成分優(yōu)化34-36
• 2.3 通過(guò)Thermo-Calc軟件進(jìn)行熱力學(xué)分析36-37
• 2.4 實(shí)驗(yàn)用鋼的冶煉37-39
• 第3章 800 MPa級(jí)水電用鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為39-51
• 3.1 引言39
• 3.2. 奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的繪制39-41
• 3.2.1 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測(cè)量原理39-40
• 3.2.2 臨界點(diǎn)和各組織含量的確定40-41
• 3.3 奧氏體化臨界點(diǎn)的測(cè)量41
• 3.4 過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為41-46
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)方案41-43
• 3.4.3 冷卻速率對(duì)奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變組織的影響43-46
• 3.4.4 冷卻速率對(duì)組織顯微硬度的影響46
• 3.5 焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為46-49
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)方案46-47
• 3.5.2 SH-CCT曲線47-48
• 3.5.3 焊接熱影響區(qū)冷卻速率對(duì)顯微組織的影響48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 實(shí)驗(yàn)鋼控軋控冷和熱處理工藝研究51-74
• 4.1 引言51
• 4.2. 控軋控冷工藝研究51-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方案52
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析52-53
• 4.3 淬火溫度的確定53-60
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方案53-54
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析54-60
• 4.4 回火溫度的確定60-69
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方案60-61
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析61-69
• 4.5 調(diào)質(zhì)工藝保溫時(shí)間的確定69-73
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)方案70
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析70-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 第5章 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79

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