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日本“超级钢”项目研究超细晶材料的研制
日期:2019/3/28 22:15:35    阅读:

    日本“超级钢”项目研究超细晶材料的研制

    日本“超级钢”项目研究的课题之一是“焊接性能优良的800MPa级高强度钢研究”。目前铁素体珠光体钢的抗拉强度都在500MPa以下,抗拉强度超过500MPa的高强度钢主要是通过添加合金成分,形成贝氏体、回火马氏体等高强度钢。但是,随着合金元素的增加,不但提高钢的成本,而且使炼钢和精炼难度加大,更重要的是使焊接性能变差,高强钢焊接接头的疲劳强度仅为60~100MPa(为母材基体强度的10%)。具有C-Si-Mn基本成分的铁素体钢具有良好的焊接性能,但用目前技术生产的钢的强度有限,因此该课题的研究目标是:以C-Si-Mn成分为基础,通过晶粒细化,将晶粒尺寸从10μm细化到1μm,获得强度与硬度平衡的超细铁素体2珠光体复相组织,开发出抗拉强度为800MPa级别的超细晶粒钢,同时开发具有优良焊接性能的超级钢的焊接工艺。为此,该课题从以下两个方面进行研究。

    超细晶材料的研制

    采用大的塑性应变能够制备出超细晶铁素体晶粒。但是采用大的塑性应变进行单向变形时,材料在厚度方向变形不均匀,致使应变主要集中于试样的中心部位。Nagai等采用“多向变形”技术制备超细晶铁素体晶粒,其特点是采用双向或多向变形可明显地改善应变分布的不均匀性,从而有利于获得均匀的超细晶组织。

    利用研制的多向变形热机械处理模拟机,在实验室采用单向变形和多向变形对比方法研究了化学成分(%)为0.16C-0.4Si-1.4Mn的碳素钢的晶粒变化情况,结果表明采用“多向变形”方法制备的超细晶粒钢具有更均匀的超细晶组织。多向变形热机械处理模拟机的特点是每轧制一道次,试样便可旋转90°。Nagai等利用实验室轧机采用多向轧制技术,用低碳Si-Mn钢成功地制备出尺寸为Φ18mm×20000mm的棒材,将钢的晶粒尺寸由10μm细化到0.5μm时,钢的屈服强度可由320MPa提高到740MPa,当将12mm×700mm×Cmm规格的热轧钢板的晶粒尺寸细化到1μm时,钢板的抗拉强度达到800MPa,且制备的热轧钢板在厚度方向具有均匀的超细晶粒。

    通过大变形生产的厚钢板力学性能的各向异性,特别是某些方向上韧性的降低是人们关注的焦点。为此,Nagai等采用了“大角度交叉轧制”方法以改变材料的结晶取向。通过交叉轧制,材料的织构或(100)极指数得以有效地改变,使材料在横向和轧向的韧脆转变温度的差异很小。

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