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本文系统研究的550/690MPa级高强韧低屈强比结构钢,采用低碳成分设计,添加适量Mo、Cr、Cu、Nb、Ti等合金元素,通过弛豫缓冷和控轧控冷工艺获得硬相贝氏体和软相铁素体的复合组织,确保钢板具有优异的综合力学性能和焊接性能,同时具有较低屈强比。研究了钢种成分-工艺-组织-性能之间的内在关系,重点研究了回火工艺、冷却工艺、夹杂物和M/A岛尺寸数量对组织和力学性能尤其是屈强比的影响规律,探讨了高强韧贝氏体和铁素体双相钢中孔洞萌生聚合机制以及韧性断裂机制。实验室研究确定了550/690MPa高强韧低屈强比结构钢的化学成分体系以及轧制冷却工艺。化学成分采用低碳设计,辅以适量Mo、Cr、Cu、Nb、Ti等合金元素。采用两阶段控制轧制,第Ⅰ阶段轧制在奥氏体完全再结晶区轧制,采用高温大压下,道次压下量控制为20-35mm,终轧温度不低于1000℃。第Ⅱ阶段轧制在奥氏体非再结晶区轧制,轧制开始温度不高于980℃,终轧温度控制在800-880℃,最后三道次压下率不低于35%。开冷温度为750-800℃,返红温度控制为300-550℃。采用TMCP工艺实现了550/690MPa级高强韧低屈强比结构钢的工业化试制,钢板具有优异的强韧性匹配和较低的屈强比,综合性能优良。钢板组织以贝氏体为主,含有少量铁素体和M/A岛,位错密度较高,析出相细小且分布均匀,确保钢板具有良好的综合力学性能。工业性钢板焊接试验结果表明,钢板焊接冷裂纹倾向较小,焊接热影响区没有软化现象,抗热裂纹能力较强,焊缝和热影响区的低温冲击韧性较高。随着焊接线能量增加,热影响区组织粗化,低温冲击下降,当线能量不大于40k J/cm时,焊接粗晶热影响区具有优异的低温冲击韧性,具有优良的焊接性能,已具备工程应用条件。回火温度对组织结构和性能之间的关系具有决定性作用。随回火温度提升,屈服强度基本保持稳定,抗拉强度和冲击功下降,伸长率和屈强比提高。随回火温度提升,板条贝氏体合并长大甚至呈块状,M/A岛逐渐分解,位错密度下降。600℃回火时,有单独ε-Cu相和含Cu的复合相析出,此时强度出现峰值,但冲击韧性较差。较低的回火温度可获得高强度、高韧性和低屈强比的钢。开冷和终冷温度对各相体积分数和尺寸大小具有明显影响,从而影响力学性能。降低开冷温度增加铁素体和M/A岛体积分数,降低强度和屈强比;降低终冷温度增加M/A岛体积分数,细化贝氏体组织,提高强度,但不利于控制低屈强比;同时降低开冷和终冷温度,屈服强度下降,抗拉强度先升后降,而屈强比则呈现持续下降趋势。铁素体体积分数是影响屈强比的最重要因素。为了获得550/690GJ钢优良的综合性能,在工业性生产中,开冷温度应为750-780℃,终冷温度应为260-440℃。钢中夹杂物以及M/A岛的大小和数量对钢的力学性能具有显著影响。即屈服强度与孔洞萌生没有明显关系;夹杂物尺寸越大,孔洞越早发生,抗拉强度和均匀伸长率越小,屈强比也就越高;随着夹杂物和M/A岛尺寸减小,总伸长率增加,其吸收地震能量也增大,钢材抗震性能增强。钢中夹杂物和M/A岛尺寸大小、数量是控制屈强比和抗震性能的重要因素,而高强韧贝氏体和铁素体双相组织钢铁材料的断裂机制是裂纹与夹杂物萌生的单个孔洞逐步连接,最后与M/A岛导致的大量微小孔洞瞬间汇合而发生的韧性断裂。