高强抗震钢筋中铌的碳、氮化物析出热力学研究

摘要：连铸过程中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在奥氏体晶界的析出对铸坯的质量产生严重的影响。分析了500MPa级高强度抗震钢筋(HRB500E)中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在液相、凝固过程以及奥氏体相等不同阶段的析出热力学，计算了不同温度下NbN和NbC的平衡/实际浓度积，得到NbN和NbC在微合金钢连铸过程中的析出规律。计算结果表明：在HRB500E钢中，NbN、NbC在钢液成分均质状态和凝固过程中难以析出；在奥氏体相中，随着温度的降低，NbC、NbN及NbC0.85N0.15具备析出热力学条件，析出温度分别为1377、1229 和1378K，析出顺序依次为：NbC0.85N0.15、NbC、NbN。     

高强抗震钢筋中铌的碳、氮化物析出热力学研究

连铸过程中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在奥氏体晶界的析出对铸坯的质量产生严重的影响。分析了500 MPa级高强度抗震钢筋(HRB500E)中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在液相、凝固过程以及奥氏体相等不同阶段的析出热力学,计算了不同温度下NbN和NbC的平衡/实际浓度积,得到NbN和NbC在微合金钢连铸过程中的析出规律。计算结果表明:在HRB500E钢中,NbN、NbC在钢液成分均质状态和凝固过程中难以析出;在奥氏体相中,随着温度的降低,NbC、NbN及NbC_(0.85)N_(0.15)具备析出热力学条件,析出温度分别为1 377、1 229和1 378 K,析出顺序依次为:NbC_(0.85)N_(0.15)、NbC、NbN。     

超级双相不锈钢S32760凝固过程Thermo-Calc热力学软件的应用

利用Thermo-Calc热力学计算软件得到S32760（022Cr25Ni7Mo3WCuN）超级双相不锈钢凝固过程中的相图,确定了S32760双相钢是FA （铁素体-奥氏体）凝固模式,通过改变奥氏体和铁素体的形成元素的含量,确定在不同的化学成分下的热加工性能、Cr₂N和σ相析出温度,得到S32760双相钢热加工温度区间随着奥氏体形成元素C、N、Ni、Mn含量的增加而变大,随着铁素体形成元素Si、Cr、Mo含量的增加而减小,而W对热加工性能没有影响。根据热力学计算,确定了最优的化学成分（/%:0.022C,0.30Si,0.80Mn,25.60Cr,6.20Ni,0.54Cu,3.50Mo,0.54W,0.27N）,S32760双相钢最佳热塑性温度为1195℃, Cr₂N相的析出温度为1050℃, σ相析出温度为1020℃,热加工区间为145℃,并且通过了后续的现场实践验证。     

溶质元素对X80管线钢碳氮化物析出行为的影响

为了明晰X80管线钢凝固过程中析出物粒子析出规律。采用Thermo-calc软件对X80管线钢凝固过程中奥氏体、铁素体相转变温度,析出物类型,析出物开始析出温度与析出相最大质量分数进行热力学分析。计算结果表明:X80管线钢凝固过程析出相主要包括MnS相、AlN相、铁素体相及奥氏体相、富钛相碳氮析出相、富铌相碳氮析出相与碳化钒析出相。富钛相碳氮析出相析出温度为1 390℃,质量分数为1.2×10~(-4),析出相随C元素和Nb元素的含量增加而受到抑制。N元素和Ti元素含量增加会促进富钛相碳氮析出相生成,V元素质量分数增量对富钛相碳氮化物无明显规律。富铌相碳氮析出相在1 110℃析出,质量分数为1.3×10~(-3),随C元素和Nb元素的含量增加,促进富铌相碳氮析出相析出。增加N元素与Ti元素含量抑制富铌相碳氮析出相析出,V元素对富铌相碳氮化物无明显影响规律。碳化钒析出相析出温度为596℃,析出相质量分数为4.59×10~(-5),增加C元素和V元素含量利于碳化钒相析出,Nb元素含量增加对碳化钒相起到一定抑制作用。     

高温渗碳齿轮钢的晶粒粗化行为

  为了开发适合980 ℃高温渗碳的齿轮钢，利用伪渗碳方法，研究了铌质量分数为0、0.036%、0.060%和0.100%的18Cr2Ni2Mo渗碳齿轮钢在930和980 ℃的晶粒粗化行为。结果表明，由于析出NbC钉扎晶界，铌微合金化可以显著细化试验钢在930和980 ℃奥氏体化后的晶粒尺寸，且随着铌质量分数增加，铌微合金化明显抑制试验钢在980 ℃长时间奥氏体化晶粒粗化倾向。添加0.100%Nb的18Cr2Ni2Mo齿轮钢在980 ℃奥氏体化20 h后，平均晶粒尺寸仍然在26 μm左右，适合于980 ℃高温长时间渗碳。     

S31254超级奥氏体不锈钢凝固相转变的热力学分析

超级奥氏体不锈钢广泛应用于海洋、环保、化工等苛刻腐蚀环境。由于合金化程度较高，凝固过程凝固偏析严重，析出相多且复杂。本文结合热力学计算软件Thermo-Calc，分析S31254超级奥氏体不锈钢在凝固过程中组织的组成和析出相的演变规律，主要合金元素Mo、Cr、Ni、N在凝固过程发挥的功能及其对相组织演变的影响，Mo-Cr元素交互作用对凝固相组织演变影响规律。结果表明，该钢种液固相线温度分别是1 394.4℃和1 358.6℃，平衡凝固路径是L→γ，非平衡凝固路径是L→L₁+γ→L₂+γ+δ→γ+δ+σ。Mo偏析是导致σ相析出的主要原因，δ相和σ相析出时，液相中Mo含量分别为8.5%和11.3%。     

固溶时效处理对粉末冶金不锈钢33Cr9Ni2Mo0.96N组织的影响

采用电子探针、XRD和透射电镜等研究了热等静压态、固溶态、固溶+时效处理过程中,粉末冶金不锈钢33Cr9Ni2Mo0.96N第二相的析出行为。结果表明:热等静压态的33Cr9Ni2Mo0.96N组织主要由γ+Cr2N+σ组成,经过固溶淬火后,组织主要由奥氏体+少量铁素体组成,经500℃和600℃时效后,33Cr9Ni2Mo0.96N中没有观察到第二相析出,经700℃时效,残余铁素体转变为σ相,同时在奥氏体晶粒及晶界处也开始析出σ相,经过800℃时效,有大量的Cr2N沿晶界析出,然后向晶内长大,经900℃时效后,Cr2N不断向晶内生长,最终几乎布满整个晶粒,而σ相趋于稳定。     

2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相的热力学计算与试验分析

 利用Thermo-Calc热力学软件计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中各个元素在成分范围内均为中值时的平衡相图,同时计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中碳、铬、钼、铌、氮元素含量变化时的平衡相图,以此分析钢中主要平衡析出相和合金元素含量对析出相析出行为的影响。为验证热力学计算的可靠性,采用XRD、SEM及TEM等分析方法对热处理后的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相类型进行了试验验证。结果表明,钢中的平衡析出相为MX相、M₂₃C₆、M₆C、Z相和Laves相。在热力学平衡条件下,MX相在850 ℃转化为Z相,M₆C在787 ℃转化为Laves相。但是在实际热处理过程,由于保温时间较短且冷却速度较快,上述转化过程不会发生,所以钢中主要析出相为MX相、M₂₃C₆和M₆C。平衡析出相种类与相分析的试验结果基本一致。MX相存在大尺寸的一次MX相和细小弥散的MX相,MX相主要受铌、氮元素影响,其析出量随氮含量升高而升高,析出温度随铌含量升高而升高;M₂₃C₆相的析出温度随碳含量增加而升高,析出量也随之升高;M₆C的析出温度随铬含量增加而降低,随钼含量增加而升高;在成分范围内,元素控制原则为增加碳含量以增加M₂₃C₆的析出强化作用,减少铬含量以避免热加工时进入δ-Fe相区,减少钼含量以降低Laves相析出倾向,减少铌含量以降低一次MX相的析出温度,氮含量需要采取中间量以减少一次MX相析出,增加低温阶段细小弥散的MX相析出。     

铌对高钢级管线钢中第二相析出与奥氏体晶粒长大行为的影响

基于双亚点阵模型,计算了两种不同铌含量的高钢级管线钢在不同温度下Nb、Ti和Al的析出量,测定了不同加热温度和保温时间下奥氏体晶粒尺寸,建立两种钢奥氏体晶粒长大模型.发现Nb含量增加提高了其全固溶温度,并且温降过程中Nb析出量显著增多,在晶界两边析出的细小碳氮化物对奥氏体晶粒长大有显著的阴碍作用.高铌钢加热温度为1250℃时奥氏体晶粒显著粗化,预测模型也不同于1050~1200℃的模型,但相同保温温度下晶粒尺寸明显小于低铌实验钢.通过数据拟合计算出高铌钢的长大激活能远远高于低铌钢,再次证明高Nb的管线钢在1200℃以下能够有效地细化奥氏体晶粒,预测模型与实验值吻合较好.      

Nb-Ti微合金钢中第二相析出的热力学计算

分析了Nb-Ti微合金钢在液相、凝固过程、奥氏体以及铁素体相中氮化物、碳化物和碳氮化物等第二相析出的热力学条件,计算了钛和铌的碳化物和氮化物在不同温度下的溶度积,由此得出微合金钢在不同相阶段的析出规律。计算结果表明,在该微合金钢中,氮化物、碳化物和碳氮化物不可能在液相中析出;TiC0.03N0.97和TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件;在奥氏体相中,随着温度的降低,氮化物、碳化物及碳氮化物的析出顺序为:NbC0.75N0.25、NbC、TiC、NbN。     

AOD炉冶炼含氮不锈钢氮合金化工艺开发

介绍了AOD炉运用氮气在不锈钢中溶解与脱除理论所开发的氮合金化工艺。在40tAOD炉上冶炼0Cr19Ni9N,0Cr19Ni9NbN,1Cr17Mn6Ni5N,00Cr18Ni5Mo3Si2（N）,00Cr22Ni5Mo3N等舍氮不锈钢钢种。不需在线分析钢中氮含量，较为准确地预测与控制钢中氮溶解度值及舍氮不锈钢成品的氮含量。     

5Cr21Mn9Ni4Nb2WN耐热钢M(CN)和M23(CN)6的可逆析出反应

通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射分析(EDA)、能量色散X-射线衍射分析(EDAX)等技术研究了5Cr21Mn9Ni4Nb2WN耐热钢锻态,1200℃ 120 min水冷固溶,+1030℃ 20~240 min水冷固溶状态,再经1220℃ 20~240 min水冷固溶状态的晶内和晶界面上碳化物相、显微组织和力学性能。结果表明,5Cr21Mn9Ni4Nb2WN钢在1030℃固溶时晶界晶内不但有粒状M₂₃(CN)₆析出,同时M(CN)块作为补充碳源发生了向M₂₃(CN)₆的退化反应,其室温冲击功急剧下降,但对钢的屈服强度影响不大;再经在1220℃固溶处理时出现M₂₃(CN)₆向M(CN)的逆析出反应,该钢又显示出较高的室温冲击功。     

中温时效对022Cr21Ni2Mn5N钢析出行为及冲击韧性的影响

采用Thermo-Calc软件对022Cr21Ni2Mn5N双相不锈钢的近平衡态析出相进行了计算分析。采用光学显微镜、透射电镜、物理化学相分析方法对经中温时效处理后试验钢第二相的析出温度、种类、数量和位置进行了观察和研究,并分析了第二相析出行为对钢的冲击韧性的影响机理。结果表明:022Cr21Ni2Mn5N双相不锈钢在600~700℃中温时效时的析出相主要为六方结构的Cr_2N相和面心立方结构的M_(23)C_6相,未见σ相析出。中温时效时,受制于该钢较低的C含量,M_(23)C_6相析出位置仅局限于相界、晶界处。该钢较高的N含量促进钢中Cr_2N相析出,并在相界、晶界和铁素体晶内均有发现。时效初期M_(23)C_6和Cr_2N均具有较高的析出速度,时效时间继续延长析出量增长放缓。时效处理时间和温度直接影响钢的冲击性能:时效初期第二相的快速析出导致钢的冲击功急剧下降;时效足够长时间,第二相析出量达到饱和,钢的冲击功趋于稳定值;并且600℃长时时效时,钢的冲击功值达到最小。     

固溶温度对奥氏体不锈钢022Cr24Nil7Mo5Mn6NbN组织和性能的影响

实验用022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN超级奥氏体不锈钢（/%:0.028C,0.33Si,6.21 Mn,24.93Cr,17.03Ni,4.24Mo,0.45N）采用1 t非真空感应+电渣重熔的工艺冶炼,Φ360 mm电渣锭经锻造开坯后轧制为Φ40mm棒材研究了热轧态（终轧1 000℃,水冷）和经1 070～1 180℃固溶后钢的组织、点腐蚀性能和力学性能实验结果表明,随固溶温度的升高,该钢品粒逐渐长大,强度降低,塑性增加,耐点腐蚀性能得到改善。采用1 120℃进行固溶,该钢可以获得均匀的组织、优异的点腐蚀性能和良好的综合力学性能。     

重载齿轮钢的高温性能

 通过Gleeble 1500D热模拟试验机高温拉伸试验,对比研究了17Cr2Ni2MoVNb和17Cr2Ni2Mo钢的高温性能。结果表明：因微合金元素V（0.1%,质量分数,下同）、Nb（0.036%）产生细晶强化及固溶强化,17Cr2Ni2MoVNb 钢的抗拉强度比17Cr2Ni2Mo钢稍高。在低N（0.0057%）含量的17Cr2Ni2MoVNb钢中,V和Nb对热塑性的危害很小。而高N（0.0130%）含量的17Cr2Ni2Mo钢在600～900 ℃及1050～1200 ℃温度区间塑性低于17Cr2Ni2MoVNb钢。N含量及相变温度不同导致第二期AlN析出量不同及铁素体先后析出,是造成两试验钢塑性差别的主要原因。     

Numerical simulation of solidification structure during electroslag remelting casting of ZG06Cr13Ni4Mo ingot based on CAFE and moving boundary method

A comprehensive mathematical model of the solidification structure during the process of electroslag remelting casting (ESRC) of low carbon martensite stainless steel ZG06Cr13Ni4Mo has been established. The change of metal pool profile and grain growth and the microstructure evolution process from the beginning to the steady stage of the ESRC process were investigated by using the moving boundary method and the coupled technology CAFE method (cellular automaton – finite element method). The transition from equiaxed grains at the lateral wall of the mould to columnar grains has been revealed. In addition, casting of this steel has been carried out and the microstructure of the ingot obtained after grinding and acid leaching. According to the comparison of the metal pool profile, morphology and growth direction of the dendrite and the secondary dendrite arm spacing (SDAS) between the experimental results and the simulation results, the validity of the model has been demonstrated, which can provide a favourable theoretical foundation to optimise the process parameters for the control of solidification structure of ESRC of low carbon martensite stainless steel ZG06Cr13Ni4Mo.     

Effect of acid soluble aluminum and niobium content on inclusion characteristics of grain oriented silicon steel

In order to elucidate the effect of Als (acid soluble aluminum) and Nb content on the characteristics of inclusions in grain oriented silicon steel, the type, quantity, size and size distribution of inclusions were studied by the field emission scanning electron microscope (FE SEM) equipped with an energy dispersive X ray spectroscopy (EDS) and image analysis software. Combined with the micro segregation model of solute elements during solidification, the precipitation mechanism of AlN and NbN inclusions was analyzed specially. The results indicate that the inclusions are mainly NbN, AlN and AlN-NbN, and the size distribution of the inclusions is affected by Als and Nb simultaneously. With the increase of Als content added in the steel, the content of Al2O3 in the oxide composite inclusions increases, while that of SiO2 decreases. The increase of Als content promotes the removal of silicate inclusions in the steels, but the segregation precipitation of AlN and AlN NbN inclusions increases. With the increase of Nb content added in the steel, the average size of inclusions reduces. The increase of Nb content promotes the earlier precipitation of NbN at the solidification front and its precipitation with oxides as the core. Als mainly affects the precipitation characteristics of oxide and nitride inclusions in the steel, and Nb also affects the oxides and nitrides precipitation characteristics via affecting the activity of oxygen and nitrogen combined with Als.     

酸溶铝和铌含量对取向硅钢夹杂物特征的影响

摘 要：为了掌握Als（酸溶铝）和Nb含量对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)和图像分析软件研究了钢中夹杂物类型、数量、尺寸及尺寸分布,结合钢液凝固过程中溶质元素的微观偏析模型,重点分析了Als和Nb含量影响钢中AlN和NbN析出的机制。结果表明,钢中的夹杂物以NbN、AlN和AlN-NbN为主,夹杂物尺寸分布由Als和Nb含量综合影响。Als含量的增加使含氧复合夹杂物中Al2O3含量增加,SiO2含量降低,促进了钢中硅酸盐类氧化物夹杂的去除,但大大增加了AlN和AlN-NbN夹杂的偏析析出。Nb含量的增加使夹杂物的平均尺寸变小,促进了钢中NbN在凝固前沿的提前析出和以氧化物为核心析出。Als主要影响钢中的氧化物和氮化物夹杂,Nb通过影响与Als结合的O和N的活度影响钢中氧化物和氮化物夹杂的析出特性。