冷却速率对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变及力学性能的影响

利用OM、EBSD、HRTEM和Vickers硬度计等手段研究了冷却速率对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变、析出相及硬度的影响,阐明了(Ti,V,Mo)C在不同冷却速率下的析出规律及其对显微组织和硬度的作用机理。结果表明,当冷却速率低于20℃/s时,随着冷却速率的增加,析出相平均尺寸由13.2 nm逐渐减小至6.9 nm,铁素体平均晶粒尺寸由5.06 mm逐渐细化至2.97 mm,硬度呈先快速增大而后缓慢增大的趋势,铁素体的细晶强化和(Ti,V,Mo)C的沉淀强化是硬度升高的主要因素;冷却速率为20~30℃/s,其对晶粒细化和沉淀强化的影响效果已趋于饱和,硬度基本保持不变,此时Ti-V-Mo复合微合金钢的硬度具有最大值410 HV,屈服强度高达1090 MPa。Ti-V-Mo复合微合金钢的硬度y与冷却速率x符合指数衰减关系:y=-229exp(-x/5)+412。     

Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出的动力学

根据多元复合析出相的固溶析出理论和经典形核长大动力学理论,计算了Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti,V,Mo)C在奥氏体(γ)和铁素体(α)中沉淀析出的形核参量、析出-时间-温度(PTT)曲线、形核率-温度(Nr T)曲线,并探讨了奥氏体中形变储能和形变诱导析出量对(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出动力学的影响。结果表明,复合析出相(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出的PTT曲线呈典型的"C"曲线形状,而Nr T曲线表现为典型的反"C"曲线形状,(Ti,V,Mo)C在γ中的最快析出温度为1020~1050℃。增加γ的形变储能,使(Ti,V,Mo)C在γ中沉淀析出的PTT曲线向左上方移动。增加γ中(Ti,V,Mo)C沉淀析出的形变诱导析出量,使(Ti,V,Mo)C在α中沉淀析出的Nr T曲线向右下方移动,经计算可知,(Ti,V,Mo)C在α中的最大形核率温度在630~650℃,理论计算结果和实验结果吻合较好。     

等温工艺对钛微合金钢组织和析出行为的影响

采用Gleeble-3800热力模拟机、维氏硬度计、透射电镜等研究了等温工艺对Ti微合金钢组织性能和析出行为影响。结果表明:实验钢在675℃等温时铁素体转变速度最快;随着等温温度降低,析出的TiC体积分数逐渐增大,沉淀强化效果增强,维氏硬度升高;随等温时间延长,TiC粒子在铁素体晶粒内持续析出,维氏硬度增大,硬度分布更加集中;在650℃等温600 s时,析出强化量约为142 MPa。     

回火时间对高Ti微合金化淬火马氏体钢组织及力学性能的影响

利用TEM,XRD和Vickers硬度计等研究了回火时间对高Ti微合金化马氏体钢组织及力学性能的影响,阐明了高Ti微合金化马氏体钢在回火过程中析出强化和组织软化之间的交互作用规律.结果表明,高Ti钢在600℃不同时间回火,硬度表现出不同的趋势.10~300 s回火,硬度不断升高,是由于Ti C的析出强化作用远大于基体回复而导致的软化作用;300 s~10 h回火,硬度保持长时间的平台,是由于细小Ti C粒子的不断析出,且5 nm以下的粒子所占比例提高,不断增加的细小Ti C粒子所产生的强化抵消了由于基体组织软化导致的硬度下降;10~20 h回火,硬度快速降低,且降低速率高于不含Ti钢,Ti C粒子的平均尺寸由10 h的2.76 nm粗化到20 h的3.15 nm.计算表明,Ti C粒子的粗化引起硬度降低11.94 HV,基体软化引起硬度降低24.56 HV,表明基体软化是硬度降低的主要因素,而Ti C粒子的粗化加速了高Ti钢硬度的降低,是导致硬度降低的又一重要因素.     

Ti-Mo微合金钢连续冷却过程中纳米碳化物的析出行为

利用透射电镜对Ti-Mo微合金钢热轧后冷却过程中的析出相分布、形貌和尺寸进行了分析。结果表明:热轧试验钢的基体组织主要由铁素体和少量贝氏体组成,较高的屈服强度主要得益于铁素体基体上形成的高体积分数的相间沉淀颗粒;这些粒子形成于热轧后的连续冷却过程中,主要是(Ti,Mo) C,尺寸约5～10 nm,对铁素体基体产生明显的沉淀强化作用。铁素体在相变初期由于较快的生长速度导致晶粒内很少形成相间沉淀,这类析出主要形成于相变中后期的铁素体基体内。      

Nb和Nb-Ti系微合金耐候钢的连续冷却转变与形变热模拟

在Gleeble-3500热模拟试验机上对Nb和Nb-Ti微合金耐候钢进行连续冷却转变与形变热模拟试验,观察比较两类钢显微组织、析出相与力学性能;利用TEM观察第二相粒子析出物状态。结果表明:随着冷却速度的提高,组织将由珠光体向贝氏体到马氏体转变。当冷却速度达到5℃/s时Nb微合金钢就发生马氏体转变;而Nb-Ti微合金钢在10℃/s才获得马氏体组织,即马氏体转变延迟。形变热模拟试验中,Nb-Ti微合金钢获得的铁素体更加细小,提高了材料的低温韧性;在TEM观察下,Nb C和(Nb、Ti) C粒子在晶内与晶界上是随机分布的,其中Nb C粒子尺寸大约20 nm,体积分数约为0. 6%,(Nb、Ti) C粒子尺寸大约75 nm,体积分数约为1. 33%; Nb-Ti微合金钢的硬度比Nb微合金钢的硬度值更高,说明粒子体积分数比粒子尺寸对硬度的贡献更大。     

Nb对Ti-Mo微合金钢连续冷却相变规律及组织性能的影响EI北大核心CSCD

利用热模拟试验机、SEM、HRTEM及EDS研究了Ti-Mo和Ti-Mo-Nb低碳微合金钢的连续冷却转变规律,探讨了Nb对Ti-Mo微合金钢组织及性能的影响。结果表明:Nb元素能够提高钢的Ac1和Ac3温度,降低冷却过程中奥氏体的分解温度,缩小铁素体-珠光体相区,使贝氏体相区向左下方移动。此外,Nb的添加能够细化Ti-Mo-Nb微合金钢中的组织,提高硬度。利用HRTEM对冷速为50℃/s的样品进行分析,发现:Ti-Mo和Ti-Mo-Nb微合金钢中均存在少量应变诱导析出的碳化物,分别为(Ti,Mo)C和(Ti,Nb,Mo)C粒子,呈随机分布。2种析出物均为Na Cl型结构,其晶格常数分别为0.432和0.436 nm,平均粒径分别为12.11和8.69 nm。TiMo-Nb微合金钢中析出相体积分数更多,尺寸更小,是其组织细化、硬度提高的主要原因。     

Nb对Ti-Mo微合金钢连续冷却相变规律及组织性能的影响

利用热模拟试验机、SEM、HRTEM及EDS研究了Ti-Mo和Ti-Mo-Nb低碳微合金钢的连续冷却转变规律,探讨了Nb对Ti-Mo微合金钢组织及性能的影响。结果表明:Nb元素能够提高钢的Ac1和Ac3温度,降低冷却过程中奥氏体的分解温度,缩小铁素体-珠光体相区,使贝氏体相区向左下方移动。此外,Nb的添加能够细化Ti-Mo-Nb微合金钢中的组织,提高硬度。利用HRTEM对冷速为50℃/s的样品进行分析,发现:Ti-Mo和Ti-Mo-Nb微合金钢中均存在少量应变诱导析出的碳化物,分别为(Ti,Mo)C和(Ti,Nb,Mo)C粒子,呈随机分布。2种析出物均为Na Cl型结构,其晶格常数分别为0.432和0.436 nm,平均粒径分别为12.11和8.69 nm。TiMo-Nb微合金钢中析出相体积分数更多,尺寸更小,是其组织细化、硬度提高的主要原因。     

(Nb,Ti)C在轧后卷取中的析出及对铁素体相微观力学特征的影响

以复合添加Nb和Ti的微合金钢为研究对象,采用热模拟、显微硬度、透射电镜以及纳米压痕技术等方法对实验钢在连续冷却条件下和卷取过程中的冷却速率对组织演变及显微硬度的影响进行观察和分析,研究了(Nb,Ti)C在卷取中的析出规律及其对铁素体相微观力学性能的影响.结果表明,连续冷却和卷取过程中的冷却速率的增加都能促进Nb-Ti实验钢从铁素体+珠光体组织向贝氏体组织转变,细化铁素体晶粒.在连续冷却条件下,实验钢的显微硬度随着冷却速率的增加逐渐升高,而在卷取过程中由于较小冷却速率能够促进(Nb,Ti)C在铁素体中的形核和长大使得铁素体中存在大量均匀弥散分布的纳米析出物,提高了基体的强度,因此随着卷取过程中冷却速率的增加实验钢的显微硬度呈现降低的趋势.Nb-Ti实验钢中铁素体相的纳米硬度为4.13 GPa,Young's模量为249.3 GPa,普通C-Si-Mn钢铁素体相的纳米硬度为2.64 GPa,Young's模量为237.4 GPa,纳米析出物对铁素体相的纳米硬度的贡献达到1.49 GPa.     

Ti微合金钢中纳米尺寸碳化物的析出强化

在不同温度下对Ti微合金钢进行等温卷取,利用扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析等方法对钢的组织结构和析出物的形貌分布进行观察分析。结果表明,随着卷取温度的降低,Ti微合金钢的屈服强度和抗拉强度升高,而断后伸长率随之降低;细晶强化和析出强化对钢的屈服强度的贡献最大,在600 ℃卷取等温1 h时,析出强化对总的屈服强度的增量超过200 MPa;铁素体基体存在大量纳米尺寸的TiC析出颗粒,这种纳米碳化物是析出强化的主要原因。     

Precipitation Behavior and Microstructural Evolution of Ferritic Ti–V–Mo Complex Microalloyed Steel

Precipitation behavior of(Ti,V,Mo)C and microstructural evolution of the ferritic Ti–V–Mo complex microalloyed steel were investigated through changing coiling temperature(CT).It is demonstrated that the strength of the Ti–V–Mo microalloyed steel can be ascribed to the combination of grain refinement hardening and precipitation hardening.The variation of hardness(from 318 to 415 HV,then to 327 HV) with CT(from 500 to 600–625 °C,then to 700 °C) was attributed to the changes of volume fraction and particle size of(Ti,V,Mo)C precipitates.The optimum CT was considered as 600–625 °C,at which the maximum hardness value(415 HV) can be obtained.It was found that the atomic ratios of Ti,V and Mo in(Ti,V,Mo)C carbides were changed as the CT increased.The precipitates with the size of \ 10 nm were the V-rich particles at higher CT of 600 and 650 °C,while the Ti-rich particles were observed at lower CT of 500 and 550 °C.Theoretical calculations indicated that the maximum nucleation rate of(Ti,V,Mo)C in ferrite matrix occurred around 630 °C,which was consistent with the 625 °C obtained from experiment results.     

回火温度对Ti-V-Mo微合金化马氏体钢析出相和力学性能的影响

利用微观分析和物理化学相分析法,对不同回火温度(550,600,650 ℃)保温1 h后的Ti-V-Mo微合金化马氏体钢的组织和析出相表征,并进行了强化分量的计算。结果表明,在600 ℃回火时具有最佳的综合力学性能:抗拉强度为1298 MPa,屈服强度为1286 MPa,伸长率为14%。强化分量计算结果表明:析出强化和细晶强化是主要的强化方式,约占总强度的40%和30%,其中析出强化分量σ_p为517 MPa,由5 nm以下的(Ti,V,Mo)C粒子(质量分数22%)提供。回火温度由550 ℃升高到600 ℃,抗拉强度和屈服强度均有增加,同时伸长率变化不大,其主要原因是σ_p对屈服强度的贡献量提高,在提高强度的同时改善了塑性。     

Development of Ti–V–Mo Complex Microalloyed Hot-Rolled 900-MPa-Grade High-Strength Steel

A new Ti–V–Mo complex microalloyed hot-rolled high-strength steel sheet was developed by controlling a thermo-mechanical controlled processing(TMCP) schedule, in particular with variants in coiling temperature. The effects of coiling temperature(CT) on various hardening mechanisms and mechanical properties of Ti–V–Mo complex microalloyed high-strength low-alloy steels were investigated. The results revealed that the steels are mainly strengthened by a combined effect of ferrite grain refinement hardening and precipitation hardening. The variation in simulated coiling temperature causes a significant difference in strength, which is mainly attributed to different precipitation hardening increment contributions. When the CT is 600 C, the experimental steel has the best mechanical properties: ultimate tensile strength(UTS) 1000 MPa, yield strength(YS) 955 MPa and elongation(EL) 17%. Moreover, about 82 wt% of the total precipitates are nano-sized carbide particles with diameter of 1–10 nm, which is randomly dispersed in the ferrite matrix.The nano-sized carbide particles led to a strong precipitation hardening increment up to 310 MPa.     

Nb对高Ti耐候钢连续冷却后显微组织及硬度的影响

采用Gleeble热模拟试验机研究了微合金元素Nb对高Ti耐候钢奥氏体连续冷却转变行为的影响,通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)以及硬度测试等手段比较了0.050%Nb和无Nb试验钢连续冷却转变后显微组织和硬度的变化。结果表明,Nb能抑制铁素体相变,促进贝氏体相变。冷却速度由5 ℃/s提高到10 ℃/s,两种试验钢的晶粒细化效果均最显著,无Nb钢和0.050%Nb钢硬度分别增加了22 HV0.2和25 HV0.2。冷却速度为40 ℃/s时,无Nb试验钢中析出物主要为6～13 nm球形Ti(C, N)复合析出物;含Nb试验钢中主要为5～12 nm球形(Ti, Nb)(C, N)和10～15 nm方形(Ti, Nb)(C, N)复合析出物,含Nb试验钢析出物较多,因此析出强化作用更强。在高Ti耐候钢中,Nb产生的晶粒细化作用并不显著。在相同冷速下,0.050%Nb试验钢的硬度略高于无Nb试验钢,最大差值仅为11 HV0.2。     

Ti微合金化对22MnB5热成形钢组织和性能的影响

通过热膨胀试验、显微组织分析和硬度测试,分析了冷却速率和Ti元素对两种22MnB5热成形试验钢相变温度、显微组织、析出相以及硬度等的影响,并绘制了CCT曲线。结果表明,当冷却速率低于5 ℃/s时,试验钢的显微组织主要为铁素体和珠光体;冷却速率达到5 ℃/s后开始形成贝氏体;冷却速率达到30 ℃/s时,获得单一马氏体组织。Ti微合金化可降低Ms点,并通过析出Ti(C, N) 相细化奥氏体晶粒,从而获得细小的马氏体板条,产生的析出强化和细晶强化效应提高了试验钢的强度。     

热处理工艺对4Cr3Mo2Si1V钢组织与性能的影响

利用热膨胀相变仪测定了新型热作模具钢4Cr3Mo2Si1V的奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线,研究了其在不同淬火、回火工艺下的力学性能和显微组织。结果表明:4Cr3Mo2Si1V钢的珠光体与贝氏体的临界冷速分别为0.03 ℃·s^-1和0.8 ℃·s^-1。经淬火试验,发现该钢种在1030 ℃和1060 ℃油淬后具有较高的硬度,且晶粒未发生明显长大。随着回火温度的提高,其硬度呈现先增后降的趋势,在500 ℃回火时由于第二相粒子大量析出,析出强化作用增强,促使二次硬化现象产生,硬度达到峰值,约57 HRC。经过多组工艺对比后,发现1030 ℃淬火和600 ℃回火后的平均冲击吸收能量达到最大值,为265 J,且硬度值仍保持在52 HRC,故最终选定1030 ℃×30 min油淬+600 ℃×2 h回火两次作为4Cr3Mo2Si1V钢的最佳热处理工艺。     

Nb-V-Ti和V-Ti微合金钢中碳氮化物的回溶行为

采用TEM和EDX技术,研究了低碳微合金钢中Nb,V,Ti的碳氮化物在不同温度保温后的回溶行为.结果表明,Nb-V-Ti微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,较大的析出颗粒平均尺寸在80 nm以上,其心部为(Nb,V,Ti)(C,N),而边部为(Nb,Ti)(C,N),较小的析出颗粒平均尺寸在20 nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N).两类析出物中Nb/Ti原子比均随回溶温度的升高而减小.V-Ti微合金钢中,Ti的存在对V的回溶具有拖曳作用,提高了V的碳氮化物的热稳定性.Nb-V-Ti微合金钢中,由于Nb,V,Ti之间综合作用,使得析出相中V具有更高的热稳定性.     

高Ti,Nb析出强化高强钢接头强度及焊接热影响区软化行为分析

采用混合气体（80％Ar＋20％CO2）保护焊对高Ti,Nb析出强化高强钢进行了焊接强度试验研究．结果表明,随着焊接热输入增大,接头强度有降低趋势．焊接热影响区较母材硬度降低,存在软化行为．粗晶区晶粒长大及10nm以下（Ti,Nb,Mo）（C,N）第二相粒子的溶解造成强化效果降低．未溶的（Ti,Nb,Mo）（C,N）第二相粒子固定了C,Mo元素,降低过冷奥氏体的稳定性,不能得到硬度较高的板条状马氏体或贝氏体,而形成硬度较低的粒状贝氏体．第二相强化效果的降低不能通过组织强化有效弥补,从而造成粗晶区软化．在细晶区热循环作用下,10nm以下第二相粒子粗化,使得偏离其临界强化尺寸,析出强化效果降低,造成细晶区软化．     

回火对Cr4Mo4V钢电子束Cr合金化层组织和性能的影响

研究了Cr4Mo4V钢电子束Cr合金化层结构随回火温度及时间变化的演化规律。采用XRD和TEM研究了Cr合金化层在回火过程中的物相变化,采用纳米硬度计和电化学工作站分别测试了Cr合金化层硬度和耐蚀性随回火温度的变化。结果表明,回火过程中纳米级碳化物从合金化层中析出,使合金化层硬度增加,随着回火时间和温度的增加,碳化物发生长大,硬度随之降低。碳化物的析出会导致基体Cr元素的下降,耐蚀性降低,但仍优于原始Cr4Mo4V钢。     

退火温度对V-Ti-Mo钢析出相和力学性能的影响

研究了V-Ti-Mo钢经不同温度退火后的组织和力学性能。结果表明,随着退火温度的升高,试验钢中的珠光体组织逐渐发生分解,MC型析出相逐渐增多,强度增加。试验钢轧态时MC型析出相主要为Ti(C, N),经过退火后出现了(V, Mo)C析出相,并且随着退火温度的升高,(V, Mo)C相逐渐增多。根据钢铁材料的强化理论对试验钢的屈服强度进行了理论计算,与实测结果符合较好,表明析出强化是退火后强度增加的主要原因。