低碳貝氏體類型的高強(qiáng)韌含鈮微合金焊接結(jié)構(gòu)鋼
含Nb微合金焊接結(jié)構(gòu)鋼系列研究創(chuàng)建了低碳貝氏體類型的高強(qiáng)韌低成本含Nb微合金結(jié)構(gòu)鋼新體系。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，在對(duì)物理冶金原理深入研究基礎(chǔ)上，發(fā)展出全新的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化新思路與新技術(shù)，創(chuàng)建了我國(guó)新一代高性能低成本含Nb微合金鋼體系。新鋼種在良好韌性基礎(chǔ)下屈服強(qiáng)度達(dá)到500～800MPa級(jí)，具有優(yōu)良的綜合性能及可焊性，達(dá)到了合金用量少、節(jié)能、環(huán)保的要求。
項(xiàng)目采用大幅降碳及綜合微合金化設(shè)計(jì)，通過(guò)位錯(cuò)強(qiáng)化、形變誘導(dǎo)納米析出強(qiáng)化、中溫相變控制、特別是超細(xì)組織強(qiáng)化等手段，發(fā)展出新一代屈服強(qiáng)度500～800MPa級(jí)低碳貝氏體鋼系列，新體系涉及我國(guó)千萬(wàn)噸級(jí)低合金鋼的升級(jí)換代，對(duì)推動(dòng)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈向國(guó)際先進(jìn)水平發(fā)展起到了重要作用。主要成果包括：
(1)在國(guó)際上首創(chuàng)了利用晶內(nèi)針狀鐵素體對(duì)變形奧氏體的分割作用;在變形奧氏體晶粒內(nèi)形成一定取向差位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)對(duì)貝氏體生長(zhǎng)的限制作用及納米析出相對(duì)亞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用，三位一體的低碳貝氏體組織超細(xì)化原理，獲得了微米亞微米超細(xì)化低碳貝氏體基體。這種超細(xì)化組織具有優(yōu)良的綜合性能及很高的熱穩(wěn)定性。形成了系統(tǒng)的低碳貝氏體鋼超細(xì)組織的形成、控制及應(yīng)用理論。
(2)發(fā)明了在特定合金成分設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)上述超細(xì)化思路的弛豫-析出-控制相變專利工藝技術(shù)，大幅度提高了工業(yè)化產(chǎn)品的綜合性能，實(shí)現(xiàn)了低合金鋼種向超細(xì)化低碳貝氏體基體的轉(zhuǎn)換，強(qiáng)度比16Mn鋼翻番，創(chuàng)建了新一代高綜合性能低碳貝氏體鋼系列。
(3)新思路、新技術(shù)已在主要冶金企業(yè)推廣。低成本、高性能、不需要再加熱淬火的節(jié)能型低碳貝氏體鋼已有十個(gè)鋼號(hào)牞30萬(wàn)t以上產(chǎn)品投入市場(chǎng)，銷售收入超過(guò)15億，企業(yè)利稅超過(guò)5億元，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。產(chǎn)品已廣泛用于橋梁、海洋平臺(tái)、工程機(jī)械、采挖設(shè)備、軍用舟橋等，推動(dòng)了高強(qiáng)韌焊接結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品更新?lián)Q代。
為實(shí)現(xiàn)這一整套創(chuàng)新的微米、亞微米超細(xì)中溫轉(zhuǎn)變組織的形成思路，必須在成分設(shè)計(jì)上得到高強(qiáng)度、高韌性貝氏體基體，同時(shí)在工藝控制技術(shù)上實(shí)現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變前原始變形奧氏體晶粒的精細(xì)分割，形成有能力阻擋貝氏體相變產(chǎn)物長(zhǎng)大的分割界面，最終實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、低成本、節(jié)能型新一代鋼的全面性能要求。
技術(shù)方案及創(chuàng)新成果在對(duì)鋼中各類晶體缺陷(特別是變形位錯(cuò))與微合金元素(B、Nb、Ti等)交互作用以及在形變熱處理全過(guò)程中溶質(zhì)偏聚、納米析出對(duì)貝氏體相變作用等原理長(zhǎng)期研究基礎(chǔ)上提出：
(1)新一代鋼采用特殊的成分設(shè)計(jì)與強(qiáng)韌化手段
新一代鋼采用了大幅度降碳設(shè)計(jì)(采用0.03%～0.07%C)，可保證在通常的冷卻條件下完全不產(chǎn)生滲碳體，得到塑性和韌性極佳的低碳貝氏體基體。在新鋼種的強(qiáng)化手段上，采用了超低碳及多元微合金綜合作用的合金化設(shè)計(jì)。鋼種的強(qiáng)化原理，主要是利用切變型相變特有的，可以在相變產(chǎn)物中保留大量變形位錯(cuò)的位錯(cuò)強(qiáng)化;利用變形誘導(dǎo)和促進(jìn)Nb、Ti、V的彌散析出強(qiáng)化及少量納米級(jí)的ε-Cu的時(shí)效強(qiáng)化;更主要的是利用了相互交叉的微米級(jí)貝氏體板條束及亞微米級(jí)板條間界的細(xì)晶強(qiáng)化。三種主要強(qiáng)化手段強(qiáng)化程度的合理選取，保證了新一代鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到500～800MPa級(jí)，并可進(jìn)一步發(fā)展到1000MPa級(jí)以上。
(2)在國(guó)際上首次獨(dú)創(chuàng)了中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化原理
新一代鋼首次采用了晶內(nèi)針狀鐵素體的分割作用，高溫變形晶體內(nèi)一定取向差位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)的限制作用以及納米級(jí)微合金元素析出相的穩(wěn)定作用，三位一體的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化理論原理來(lái)獲得微米、亞微米貝氏體組織。
(3)具有我國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化弛豫-析出-控制相變專利技術(shù)的發(fā)明
為了實(shí)現(xiàn)前述中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化，形成高強(qiáng)度、綜合性能優(yōu)良的新一代鋼系列，該項(xiàng)目創(chuàng)建了具有我國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化的弛豫-析出-控制相變專利技術(shù)，并完善了新工藝的實(shí)際控制方法。
在工業(yè)化大生產(chǎn)條件下，采用創(chuàng)新思路及專利工藝技術(shù)，通過(guò)適當(dāng)控制弛豫階段工藝環(huán)節(jié)的溫度，弛豫工藝(包括不同厚度鋼板的開(kāi)始弛豫溫度、弛豫時(shí)間、冷卻開(kāi)始溫度、加速冷卻速度及終冷溫度等)在加入合金總量小于1%條件下，成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)鋼種的屈服強(qiáng)度比16Mn鋼翻一番，并且沖擊韌性大幅度提高。(中國(guó)冶金報(bào))
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