高强度低合金钢弯曲性能及耐磨性能研究

作     者：贺敬舒 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左秀荣

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：NM450钢 再加热 晶粒长大 TiN 弯曲性能 力学性能 耐磨性能 

摘      要：高强度低合金钢广泛应用于工程机械、矿山机械、汽车制造等领域。国内生产的高强钢在弯曲成型过程中会出现开裂、起皱等问题,而国外的高强钢力学性能及弯曲性能比较优越。因此本文对国内NM450钢的连铸、铸坯再加热、热轧过程微观组织及力学性能进行研究,同时对弯曲成型后的NM450钢的断裂原因进行分析。本文采用准静态拉伸实验、磨损实验、OM、SEM、EBSD、TEM等表征手段对高强度低合金钢的性能及微观组织、拉伸断口、磨损断口进行研究,为该钢的大规模应用奠定基础。本文研究结果如下:(1)NM450钢铸坯厚度方向上的存在成分偏析,表面珠光体体积分数少,越靠近厚度中心,珠光体体积分数越高。珠光体属于硬相组织,因此导致厚度方向上的硬度呈现两头低中间高的趋势。厚度方向上的TiN分布呈现中间多两头少、中间大两头小的趋势。尺寸为2-6μm的TiN数量最多,达到64%,最大的TiN尺寸可以达到38μm左右。(2)当加热温度固定时,保温时间从15 min增加到35 min、55 min时,晶粒逐渐长大;当保温时间固定时,加热温度从1100℃增加到1125℃、1150℃、1175℃时,晶粒尺寸也逐渐变大。其中加热温度为1100℃保温时间为15 min时,奥氏体晶粒平均直径最小,其直径为53.52μm;当加热温度为1175℃保温时间为55 min,奥氏体晶粒平均直径最大,其直径为116.07μm。在晶粒长大过程中,出现严重的混晶现象。(3)Strenx1300钢中马氏体组织相比NM450钢更加细小、分布均匀,晶粒更加细小,硬度得到强化,屈服强度高,TD与RD方向上的力学性能更加稳定。Strenx1300钢的纤维区直径更大,塑性更好,剪切唇区的解理面数量更少,面积更小。Strenx1300钢和NM450钢的磨损量均随着磨损次数的增加而增加,但是Strenx1300钢磨损量变化较小,而NM450钢磨损量变化较大,经过15000次的冲击磨损后发现,Strenx1300钢的耐磨性能更优异。(4)NM450钢板弯曲成型后,不同位置微观组织变形程度有所不同。表层变形严重发生加工硬化导致钢板表层硬度升高,抗拉强度升高,但是断后伸长率、断面收缩率却明显降低,位错堆积,相较于厚度中心位错密度变大,小角度晶界比例增多。在表层的TiN夹杂的破碎机制分为以下四种:(1)均质形核TiN夹杂在外弧拉应力作用下,在夹杂物上形成多条垂直于外弧表面的裂纹;(2)异质形核TiN夹杂在外弧拉应力作用下,氧化物核心与TiN的交界面处萌生微裂纹,并沿拉力方向扩展形成孔洞;(3)均质形核的TiN夹杂在内弧压应力的作用下,从TiN心部萌生裂纹,并向周围呈发散状扩展;(4)异质形核TiN在内弧压应力的作用下,裂纹起源于氧化物核心与TiN的交界面,并向四周扩展形成发散状裂纹。