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1、个人开题报告 2011级硕士学位研究生开 题 报 告学 院 材料与冶金学院 学科专业材料学 研 究 生 姓 名 周 星 学 号 09402001 指导教师姓名 吴开明 年 月 日一、简表论文名称中文中碳高强钢热处理及性能研究英文Investigation on heat treatment and mechanical properties of high-strength carbon steels 课 题 来 源A国家及国务院各部门项目B国家自然 科学基金C. 国防科委项目D. 省、市级项目E. 厂(矿)项目F. 自选课题课 题 类 型A. 基础研究B. 应用基础C. 应用研究D. 实验研

2、究开题时间 2012 年 11 月 25 日选题考评小组成员姓 名职 称签 名注：选题考评小组由35名具有高级职称的人员组成。二、论文立论依据(包括研究意义、国内外研究现状分析、参考文献综述)1、 研究意义目前，资源、环境、能源压力日益增大，环保和节能越来越受到钢铁工业的 重视。开发节能、节材及优异性能的超高强度钢，来满足经济建设中结构和功能的需要，是实现钢铁工业可持续发展的重要途径。我国虽已是钢铁大国，但是远非钢铁强国，在超高强度钢的质量、品种方面，与国际先进水平有较大差距，严重制约了煤炭、石油化工、电力、交通等国民经济关键行业的可持续发展。特别是近年来，国家大飞机、高铁、汽车和新能源等重大

3、工程的实施，又对超高强度钢的开发提出更高的要求，因此，发展超高强度钢刻不容缓。随着洁净化、微合金和控轧控冷等先进冶金技术在钢铁企业的逐步推广和应用，钢材的品质得到了大幅度提高，发达国家正在研制相当于目前常用钢材抗拉强度数倍的超高强度钢。这种钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。超高强度钢与普通结构钢的强度的界限目前尚无统一规定，习惯上是将室温抗拉强度超过1400MPa、屈服强度大于1200MPa的钢称为超高强度钢。超高强度钢除了要求其高的抗拉强度外，还要求具有一定塑性和韧性、尽可能小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、良好的工艺性能、符合资源情况及

4、价格低廉等。通过提高冶金质量、调整成分和改善热处理工艺，这类钢可满足各种使用要求。2、国内外研究现状20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到16001900MPa。50年代以后，相继研制成功多种低合金和中合金超高强度钢，如300M、D6AC和H-11钢等。60年代研制成功马氏体时效钢，逐步形成18Ni马氏体时效钢系列，70年代中期，美国研制成功高纯度HP310钢，抗拉强度达到2200MPa。法国研制的35NCDl6钢，抗拉强度大于1850MPa，而断裂韧度和抗应力腐蚀性能都有明显的改进。80年代初，美国研制成功AFl410二次硬化型超高强度钢，在抗

5、拉强度为1860MPa时，钢的断裂韧度达到160MPam1/2以上，AFl410钢是目前航空和航天工业部门正在推广应用的一种新材料。 我国于50年代初研制成功30CrMnSiNi2A超高强度钢，抗拉强度为1700MPa。70年代初，结合中国资源条件，研制成功32Si2Mn2MoVA和40CrMnSiMoVA(GC- 4)钢。1980年以来，从国外引进新技术，采用真空冶炼新工艺，先后研制成功45CrNiMoVA(D6AC)、34Si2MnCrMoVA(406A)、35CrNi4MoA、40CrNi2Si2MoVA(300M)和18Ni马氏体时效钢，成功地用于制作飞机起落架、固体燃料火箭发动机壳体

6、和浓缩铀离心机简体等。目前超高强度钢已形成不同强度级别系列，在国防工业和经济建设中发挥着重要的作用。但是，以上这些钢种，合金元素价格昂贵，所以生产成本较高。为了开发廉价的超高强度钢，研究者们在钢的精炼和热处理工艺上狠下功夫。Bhadeshia等提出对高碳钢进行贝氏体转变，得到超细晶贝氏体，强度达2500MPa。但是转变时间过长，一般需要2-60天，得到超细晶贝氏体，超细晶贝氏体强韧性很好。J. Speer等提出了Q-P工艺，就是钢奥氏体化后，淬火至Ms-Mf之间，等温保留一段时间，让马氏体中的碳扩散到残留奥氏体中去，增加奥氏体的稳定性，从而提高钢的塑性。徐祖耀等在J. Speer的基础上提出了

7、Q-P-T热处理工艺，对中高碳钢进行淬火+碳分配+回火，和Q-P工艺阻碍碳化物析出不同，在Q-P-T钢中加入碳化物形成元素，如Nb、V、Mo、Ti等，在Q-P-T处理中须使马氏体基体上析出复杂碳化物，以进一步增加钢的强度。 为获得具有相当韧性、抗拉强度接近或超过2000MPa，且价格较低廉的超高强度钢，其显微组织宜为：较薄纳米级的条状马氏体，包有相当厚度的残余奥氏体，以此为基体，析出细微的复杂碳化物，但不含渗碳体，并且其奥氏体晶粒应细化。参考文献：1 超高强度钢的开发进展及工艺分析 温志红，何矿年，李桦，廖卫团（宝钢集团广东股份有限公司，广东 韶关512123）2 先进超高强钢高塑性QPT钢

8、戎永华 (上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240)3 超高强度钢研究进展及其在军事上的应用 孙强，周重光，袁书强，黄建文，张存信（中国兵器科学研究院宁波分院，宁波 315103）4 45钢用不同介质淬火 夏 明 ，高志廷 (1中汽昌兴(洛阳)机电设备工程有限公司，河南洛阳 471003；2河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳 471003)5 用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工艺 徐祖耀 (上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200030)6 实用热处理技术手册 杨 满 机械工业出版社7 Acceleration of Low-temperature B

9、ainite C. GARCIA-MATEO, F. G. CABALLERO and H. K. D. H. BHADESHIA (Received on March 3, 2003; accepted in final form on May 26, 2003)8 热处理对中碳低合金耐磨钢力学性能的影响 张 懿，张香平，罗蜻平，唐建新(四川大学制造学院四川 成都610025)三、研究方案1. 研究内容、研究目标和拟解决的关键问题研究内容：(1) 通过改变淬火温度，研究不同淬火温度对Q-P-T钢组织与性能的影响；(2) 通过改变碳分配（回火）时间，研究不同碳分配时间对Q-P-T钢组织与性能的

10、影响；(3) 通过不同温度和时间的贝氏体转变，研究不同的回火温度对钢组织性能的；研究目标：(1) 分析马氏体板条厚度的影响因素：淬火温度；碳分配时间；(2) 分析奥氏体体积分数的影响因素： 淬火温度；碳分配时间；(3) 分析回火温度对碳化物析出的影响因素：回火温度； （4）贝氏体转变的影响因素；回火温度；（5）不同奥氏体含量对钢的耐磨性的影响。拟解决的关键问题：(1) 确定 Cu 对马氏体板条厚度以及奥氏体体积分数的影响；(2) 分析不同淬火温度对 Q-P-T 钢组织与性能的影响；(3) 分析不同回火时间对 Q-P-T 钢组织与性能的影响；2. 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案(或实践安排

11、) (1) 实验用钢化学成分 对于超高强度钢来说，化学成分主要设计思路如下：C是含量是钢强度的保证，但要保证其强度和韧性，C含量应该在0.2%0.6%。Si 为钢中非碳化物形成元素，它在碳化物中的溶解度极低，它在钢中能够抑制强烈Fe3C形成；Si还能显著强化铁素体，其作用仅次于C。但较高的Si含量会恶化钢的热轧性能和表面镀覆性能，产生较多的表面缺陷等， Si 含量一般不宜大于 2%。 Mn固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区；Mn还能强烈降低钢的Ac1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量。Mn使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层串碳化物的聚集

12、成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。所以其含量应在2%以内。Cu是扩大奥氏体相区的元素，但在铁中的固溶度不大，Cu与碳不形成碳化物，Cu对临界温度和淬透性的影响，以及其固溶强化作用，与镍相似，可用来代替一部分镍。Cu还能提高钢的强度特别是屈强比。Cu还能提高钢的疲劳强度。另外，我国有丰富的含铜铁矿，其中的铜不易分选，钢中的铜也不能在冶炼过程中分离，发展含铜钢有重大经济意义。成分设计如下：元素CSiMnCuAc3BsMs目标成分0.451.51.51.00实际成分0.531.481.601.08780542.9266.3为了得到适当比例的马氏体与残余奥氏体的混合组织或者超细晶贝氏体组织，

13、在保证强度的同时兼有良好的塑韧性，我们一般采用较高的温度奥氏体化，是Cu等元素充分溶解。淬火是决定钢最终强度的主要因素之一。在Q-P-T钢中，同一回火温度不同的回火时间下，碳从马氏体分配到奥氏体，从而稳定残余奥氏体至室温，同时在回火过程中析出碳化物增加钢的强度；最后水淬至室温。在贝氏体钢中，在亚温淬火后在，不同温度回火得到不同的贝氏体组织。（2）热处理工艺设计（将钢切成10mm10mm小样）Q-P-T工艺：碳分配时间和淬火温度对其组织和性能的影响。（33组式样）奥氏体化温度900，时间10min，淬火至180、淬火至210、淬火至240，时间2min；450回火0s、300s、1800s，水淬

14、至室温；贝氏体工艺：回火等温温度和等温时间对其组织和性能的影响（33组式样）奥氏体化温度900，时间10min，等温温度250、300、350、400、450、；回火时间2h。(3) 样品的微观分析与测试1）采用 JMatpro 软件计算材料的 TTT 曲线；2）使用真空退火热处理炉、氩气保护热处理炉和盐浴炉制备所需样品；3）对试样进行镶样、磨样、抛光和腐蚀，使用金相显微镜做金相观察；4）使用洛氏硬度计、维氏硬度计和纳米硬度测量硬度；5）利用 SEM 和 TEM 图片测量马氏体的板条宽度；6）使用抗拉试验机测量不同热处理工艺下的抗拉强度和延伸率； 7）测量不同奥氏体含量组织的耐磨性能。3. 本

15、论文的创新之处3. 本论文的创新之处对此种钢的不同热处理工艺进行研究，通过不同的热处理工艺对比钢的组织和性能，加入Cu提高析出强化效果和增加奥氏体含量。研究不同奥氏体含量对钢的耐磨性的影响。4. 研究计划及预期进展2012 年 07 月-2012年 09 月：查阅本课题的相关文献资料并开始撰写文献综述；2012 年 09 月-2012 年 11 月：进行前期的探索性实验，总结实验经验与教训；2012 年 11 月-2013 年 01 月：在前期工作的基础上，设计实验方案，准备开题报告，开题；2013年 01 月-2013 年 02 月：按照试验方案，开展一系列实验，跟导师讨论实验进展；2013

16、 年 01 月-2013 年 03 月：撰写论文，准备进行论文答辩。5. 预期研究成果1）通过阅读文献，查找资料，锻炼查阅文献和总结前人成果的能力。2）通过阅读外文文献和撰写论文，提高个人的写作水平和外文阅读能力。3）发表至少一篇核心期刊的论文。四、实验基础(工科)或实践安排(非工科)本课题的实验基础实验室和学校微观中心拥有半自动抛光机、自动抛光机、真空退火炉、真空感应熔炼炉等设备，能满足本项目的样品的冶炼、制作及热处理；拥有金相显微镜 (OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜 (TEM) 等大型分析仪器，能满足本项目的样品的显微组织的微观分析； 拥有维氏硬度计、洛氏硬度计、液压式万能试样机等设备，能满足本项目的样品的综合力学性能的分析。五、经费预算支 出 科 目金额(万元)经费解决办法1. 合 计指导教师意见：指导教师(签名)： 年 月 日选题考评小组意见：负责人(签名)： 年 月 日学院意见：负责人(签名)： 年 月 日