亚温淬火和合金元素协同作用下高强海洋工程用钢低温韧化机理研究

Development and application of high quality marine engineering steel is one of the key common technologies for priority development of the industry in China in recent years, of which improvement of the low temperature toughness is the core. Intereritical quenching can improve the low temperature toughness of steel, but the composition conditions and its toughening mechanism for the application in marine engineering steel are not thorough. The strengthening and toughening mechanism of alloy elements in the quenching temperature range is still unclear. To solve the above problems, synergistic effect of intereritical quenching and alloying elements on the toughening mechanisms at low temperature will be studied for marine engineering steel with the yield strength of 690 MPa grade. Firstly, the recrystallization temperature, continuous cooling transformation and time temperature transformation curves of steel with different contents of Ni, Nb, Ti and Ti/N ratio will be studied, the precipitation law of the second phase will be studied as well. On this basis, the effects of finish rolling temperature, cooling rate, quenching temperature, holding time, heating rate, tempering temperature and time on the microstructures and mechanical properties of steel and the precipitation of the second phase will be studied. Then the marine engineering steel can obtain high strength and high toughness at the same time. Implement of this project can not only provide new technical thinking for development and application of high strength marine engineering steel, but also provide the basic experimental data and theoretical basis for its industrialized production.

高品质海洋工程用钢的开发与应用是近年来我国优先发展的产业关键共性技术之一，低温韧性的提高是该技术的核心。亚温淬火可改善钢的低温韧性，但是对适用该技术的海洋工程用钢的成分条件和韧化机理的研究不够透彻，合金元素在亚温淬火温度范围内的强韧化机理也尚不明确。针对上述问题，本项目拟以690MPa级海洋工程用钢为研究对象，开展亚温淬火与合金元素协同作用下钢的低温韧化机理的研究。首先，将研究不同Ni、Nb、Ti和Ti/N比条件下的钢的再结晶温度、连续冷却转变和等温转变曲线以及第二相粒子的析出规律；在此基础上，重点研究终轧温度、轧后冷速、淬火加热温度、保温时间、加热速率、回火温度和时间等对钢的组织结构演变和力学性能以及第二相粒子析出规律的影响，以期实现海洋工程用钢能够同时获得高强度和高韧性的目标。本项目的开展不仅能为高强度海洋工程用钢的研究与开发提供新的技术思路，还可为其工业化生产提供实验数据和理论依据。

本研究为将亚温淬火技术应用在高强海洋工程用钢的生产中，选取Ni含量不同的四组成分的高强海洋工程钢进行了热力学计算，根据计算结果指导实验钢的成分设计，并对设计成分的海洋工程用钢的动力学曲线进行了测定，对亚温淬火温度、Ni含量及轧后冷速对实验钢组织与性能的影响进行了研究，结果如下：.（1）根据CCT曲线的测定结果，在冷却速度为0.05℃/s~20℃/s 范围内，相变组织只有贝氏体和马氏体，冷速小于1℃/s时组织为贝氏体，冷速大于2℃/s时组织为马氏体。.（2）根据测定的Ac1和Ac3温度，选取725℃、750℃、775℃、800℃作为淬火加热温度，用于研究淬火加热温度对实验钢组织与性能的影响。在实验所采取的温度范围内保温5min后，组织为铁素体和贝氏体的混合物。随着温度增加，铁素体含量先增加后降低，750℃获得的铁素体含量最高。在实验温度范围内，Ni含量为2.06%的钢的强度指标均能满足要求，但是725℃加热时，实验钢的横、纵向冲击性能均不能满足要求，其余三个温度下，该钢的横、纵向冲击性能均能满足要求，并且775℃加热时实验钢的冲击功值更高、屈强比也较低。这是因为该温度下的碳化物数量最多，并且尺寸最小。所以，最佳淬火加热温度为775℃。.（3）根据热力学计算的结果，选取Ni含量为1.53%、1.72%、1.81%、2.06%作为研究对象，对其组织和性能进行研究，结果表明，Ni含量为1.53%和1.72%时，屈服强度不能满足钢种要求，并且，Ni含量为1.53%时，其冲击性能也不能满足要求。因此，要用亚温淬火获得满足要求的强度和韧性，Ni含量要不低于1.81%。.（4）根据CCT曲线的测定结果，选取冷速为0.5℃/s、10℃/s和30℃/s用于研究轧后冷速对实验钢组织和性能的影响。结果表明：轧后冷却速度为10℃/s和0.5℃/s的试样的屈服强度和抗拉强度均满足要求，冷速为30℃/s的试样屈服强度不符合要求。冷速为0.5℃/s的试样的屈强比最低，但是其伸长率比冷速为10℃/s的试样略低。三组冷速下实验钢的横、纵向冲击性能均能满足要求，并且冷速为0.5℃/s时的冲击功值比冷速为10℃/s的更高。综合强韧性指标，轧后冷速为0.5℃/s时性能最佳。