700MPa级钢显微组织对力学与使用性能的影响

Nb、Ti、V微合金钢常常因轧制工艺的不同而导致其力学性能截然不同。对在工业生产中力学性能出现显著差异的700 MPa级微合金钢的微观结构,采用光学金相、扫描电镜、透射电镜和物理化学相分析进行研究。结果表明:因轧后冷却速率的不同而形成的铁素体+少量珠光体、准多边形铁素体、准多边形铁素体+部分贝氏体三类组织,其力学性能特征分别表现为:屈服强度低、抗拉强度低、冲击功高、断后伸长率高;屈服强度高、抗拉强度高、冲击功适中、断后伸长率适中;屈服强度低、抗拉强度高、冲击功低、断后伸长率低。第二相粒子(Ti,Nb,V)C的析出量及其尺寸分布的不同,以及铁素体晶粒尺寸差异是产生强度差异显著的主要原因,而较多大尺寸不规则状M/A岛的形成是该钢种冲击功明显下降的关键因素。     

Nb/V/Ti微合金化对20MnSi钢组织和力学性能影响

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸，经热轧-空冷后晶粒明显细化，晶粒尺寸可达12级，综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋，并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标。根据理论模型计算，晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54%、22%和17%,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低，析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7%,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著。     

V和Nb及热处理工艺对20CrNiMo齿轮钢组织与性能的影响

通过添加微合金化元素V和Nb制备新型20Cr Ni MoVNb齿轮钢,研究了V和Nb的加入及热处理工艺对齿轮钢奥氏体晶粒长大趋势、硬度和力学性能的影响。结果表明,20CrNiMoVNb齿轮钢在奥氏体化温度为880～940℃时的晶粒都较为细小,而传统20Cr Ni Mo齿轮钢在相同奥氏体化温度下的晶粒尺寸相对较大,且20Cr Ni MoVNb齿轮钢在奥氏体化处理后的晶内和晶界都可见细小、弥散的Nb(C,N)粒子存在;20Cr Ni Mo和20Cr Ni MoVNb齿轮钢的适宜的奥氏体化温度分别为860℃和900℃;当回火温度为200℃时,20Cr Ni MoVNb齿轮钢的抗拉强度和屈服强度分别为1 368 MPa和1 157 MPa,冲击功为132 J,高于20Cr Ni Mo齿轮钢的力学性能使用要求,这主要与晶粒细化和第二相强化有关。     

铌对高强度51CrV钢组织及性能的影响

借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与万能拉伸试验机等研究了铌元素的添加对51CrV钢奥氏体晶粒尺寸、淬火和回火组织以及力学性能的影响。结果表明:0Nb和0.02wt%Nb试验钢的奥氏体平均晶粒尺寸分别为10.0 μm和3.1 μm,添加0.02wt%Nb的51CrV钢奥氏体晶粒尺寸显著细化、板条马氏体尺寸减小,回火过程中析出碳化物的尺寸更细,两种试验钢850 ℃淬火+400 ℃回火后,屈服强度均大于1300 MPa,抗拉强度均大于1400 MPa。而加入0.02wt%Nb试验钢由于晶粒细化,断后伸长率达到9.50%,不含Nb试验钢伸长率为8.69%。51CrV钢添加微量的Nb元素在保证高强度的同时,塑性得到提高,综合性能比无Nb钢优异。     

Nb对0.2C-1.5Si-1.8Mn淬火配分钢组织和力学性能的影响

在C-Si-Mn系传统Q&P钢的基础上,通过适当添加微合金元素Nb,探讨了微合金元素Nb对淬火配分钢组织性能的影响。结果表明,无Nb钢与加Nb钢的显微组织基本相同,均由铁素体、板条马氏体与M/A岛组成,但加Nb钢马氏体板条明显细化,板条间距明显减小。Nb促进铁素体析出并抑制珠光体生成,Nb的加入有效细化了组织,缩短了C配分距离,有利于碳向奥氏体中扩散,增加奥氏体的稳定性。经相同Q&P工艺处理后含Nb试验钢的屈服强度、抗拉强度均有所提高,其抗拉强度达989.07 MPa,伸长率为18.36%,强塑积为18.16 GPa·%。     

热处理制度对低碳马氏体钢组织及性能的影响

以Ti微合金马氏体钢为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜等手段,研究了加热温度对试验钢奥氏体晶粒大小的影响,同时研究了奥氏体化温度对试验钢组织和力学性能的影响。结果表明,随着加热温度的升高,试验钢的奥氏体晶粒呈增大趋势,晶粒粗化温度为1050 ℃。随着重新奥氏体化温度升高,奥氏体晶粒呈现先细化再粗化的过程,880 ℃下奥氏体晶粒最细,抗拉强度和屈服强度分别达到1657 MPa和1343 MPa,韧性优于传统马氏体钢。     

650MPa级V-N微合金化汽车大梁钢强化机制研究

采用OM,SEM和TEM对V微合金化钢与V-N微合金化钢的组织与析出相进行了分析,研究了强化机制.结果表明,V微合金化钢与V-N微合金化钢的显微组织主要为铁素体与少量珠光体的混合组织.随着卷取温度的升高,V-N微合金化钢的强度呈现出先增加后下降的规律,600℃时获得了最优的力学性能,其屈服强度与抗拉强度分别达到了605与687 MPa,延伸率为24.5%.与V微合金化钢相比,V-N微合金化钢的铁素体晶粒更细小,平均晶粒尺寸达到4.5 mm,析出相更细小弥散,尺寸在3~50 nm之间,平均尺寸达到8.0 nm,以及更高的位错密度.晶粒细化、析出强化与位错强化是V-N微合金化钢具有高屈服强度的主要原因,其中细晶强化是最主要的强化机制,占总屈服强度的43.05%,析出强化与位错强化对屈服强度的贡献高达34.44%.     

轧后冷却方式对钛微合金高强钢组织性能的影响

本文实验研究了轧后冷却方式对低碳钛微合金钢组织、析出行为以及力学性能的影响。结果表明,不同的轧后冷却方式（层流冷却、层流冷却+超快速冷却、超快速冷却）下实验钢的组织主要是细晶铁素体。与层流冷却工艺相比,采用超快速冷却工艺能够细化铁素体晶粒尺寸,促进微合金元素Ti在铁素体中的析出且细小弥散。采用超快速冷却工艺,实验钢的抗拉强度和屈服强度分别达到了760MPa和683MPa,比层流冷却工艺下实验钢分别提高了40MPa和20MPa。     

Ti微合金化超高强度工程机械用钢研制

在实验室研制了不同Ti、Nb含量的热轧钢板,并对钢板进行了轧后冷却试验,研究了Ti、Nb微合化和热轧工艺对钢板组织和力学性能的影响。在实验室研究基础上,采用微合金化工艺路线,通过控轧控冷工艺,终轧后层流冷却工艺(卷取温度采用590℃),成功试制了700 MPa级工程机械用钢。结果显示,试验钢的屈服强度大于700 MPa,抗拉强度大于785MPa,并具有良好的冲击性能、成形性能。试验钢的组织为铁素体+少量珠光体+微量马氏体,同时,在铁素体的基体上存在大量纳米级的弥散析出或相间析出的(Nb,Ti)(C,N)析出相,有效提高了试验钢的强度。     

奥氏体化温度对含铌热成形钢组织性能的影响

研究了不同奥氏体化温度下含铌热成形钢的组织和性能变化。结果表明,随着奥氏体化温度的增加,热成形钢的抗拉强度呈先升高后下降的趋势。当在850℃奥氏体化7.5 min时,抗拉强度最高可达1758 MPa,屈服强度为1205 MPa,断后伸长率约为6%,且此时马氏体晶粒最为细小,晶粒尺寸约为2.87μm,马氏体板条间距约为322 nm。随着奥氏体化温度的升高,基体组织奥氏化程度逐渐增加,(Nb, Ti)复合碳氮化物析出粒子同时也逐渐发生回溶,奥氏体晶粒粗化。当在930℃奥氏体化5.0 min时,马氏体晶粒增大到4.936μm,马氏体板条间距增大到929.6 nm。     

Microstructure evolution during continuous cooling in niobium microalloyed high carbon steels

Effects of microalloyed niobium (Nb) on the austenite decomposition behaviors and microstructure evolution during continuous cooling in the near eutectoid steels were investigated. Compared to the Nb free steel, the Nb microalloyed steel was refined with regard to polygonal ferrite grain, pearlite block and colony sizes. This was because its austenite grain size was smaller. The volume fraction of polygonal ferrite transformed was more in the Nb microalloyed steels, which indicated the eutectoid carbon content exceeded that of pure carbon steel. The spheroidization of pearlite during continuous cooling was enhanced by Nb microalloying, mainly due to a higher critical transformation temperature and the finer pearlite structure with smaller colony size and narrower interlamellar spacing. Hot deformation right above the equilibrium eutectoid temperature accelerated the spheroidization kinetics of pearlite, especially in the Nb microalloyed steel.     

CT80级非调质连续油管用钢的组织和性能控制

通过两种成分非调质CT80连续油管用钢现场生产板卷工艺组织性能对比,分析了冷却速度、卷取温度、Mo和Nb元素含量等工艺参数对实验钢组织性能的影响。结果表明:当冷却速度由52℃/s提高到69℃/s后,铁素体形态为针状铁素体,实验钢屈服强度提高25 MPa;抗拉强度提高30 MPa。实验钢在530℃卷取时,组织中出现了3%的珠光体组织,抗拉强度低于性能指标10 MPa。而在400℃卷取时,组织中出现了3%的块状马氏体组织,使得屈服强度低于性能指标20 MPa;抗拉强度提高到690MPa。Mo元素含量提高,促进针状铁素体转变,实验钢淬透性提高,有利于获得M/A岛组织,保证获得高强度低屈强比性能。Nb元素含量提高,细晶强化和析出强化作用更明显。     

薄板坯连铸连轧Nb-Mo微合金TRIP钢的研究

在试验室模拟薄板坯连铸连轧工艺生产了含Mo、Nb的TRIP钢.拉伸试验检测表明,试验钢的力学性能为σb =915 MPa,σs=780 MPa,δ=16%;试样组织为铁素体+贝氏体+残留奥氏体,X射线衍射分析表明残留奥氏体的含量为5%;透射电镜观察发现,晶内有大量纳米尺度的(Nb,Ti)C,MnS 和(Nb,Ti)C粒子复合析出,残留奥氏体为薄膜状.     

不同回火温度下Nb、Ti对785 MPa级特厚齿条钢板组织性能的影响

针对特厚齿条用钢板的开发,通过微合金化设计、控制轧制、调质热处理等工艺,制备了两种不同成分的785 MPa级别高强韧特厚齿条钢,研究了不同回火温度下Nb、Ti对钢板微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢板屈服强度、抗拉强度、硬度逐渐降低。NbTi钢板回火脆性区间为300~500 ℃,3Ni钢板回火脆性区间为200~550 ℃。Nb、Ti微合金化可显著细化奥氏体晶粒,增加了大角度晶界的比例和密度,从而提高了钢板的强度和冲击韧性。NbTi钢板在650 ℃回火时获得最优强韧性匹配,其屈服强度和-60 ℃冲击功分别为805 MPa和200 J;3Ni钢板在600 ℃回火时获得最优强韧性匹配,其屈服强度和-60 ℃冲击功分别为881 MPa和140 J。     

建筑用耐火钢控轧控冷实验研究

本文对含Nb、Ti等微合金元素建筑用耐火钢的控轧控冷工艺制度进行了实验研究,利用光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等检测分析技术和力学性能实验,分析了不同冷却方式(空冷、炉冷和水冷)对组织性能的影响,并对实验钢的应变诱导析出行为进行了研究。通过控制工艺参数,可使实验钢的屈服强度达到524MPa,抗拉强度达到749 MPa,冲击韧性达到60J,屈强比小于0.8,高温屈服强度大于室温的2/3,满足建筑用耐火钢力学性能的要求。     

Nb微合金化CMnSi、CMnAl热轧TRIP钢组织性能研究

研究了在相同的控轧控冷工艺条件下,N b微合金化CMnSi系与CMnAl系热轧TRIP钢的显微组织和力学性能。结果显示,由于Si的固溶强化作用和残余奥氏体在形变过程中的相变强化作用,使CMnSi系热轧TPIP钢的强度与塑性良好结合,抗拉强度为829Mpa,断裂总伸长率为25.44%,残余奥氏体晶粒间距小,充分弥散,可以得到较高的n值。     

热处理工艺对ER7车轮钢力学性能的影响

ER7车轮钢经不同工艺热处理后,可获得珠光体片层间距以及铁素体含量不同的显微组织,并对不同工艺处理试样的拉伸性能及－20 ℃冲击性能进行了测试。结果表明,随冷却速度的增大,车轮钢铁素体含量增加,珠光体片间距和珠光体球团尺寸减小。增大冷却速率,会使车轮钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率都随之增加。随着珠光体片间距和晶粒尺寸减小,车轮钢的断裂韧性也相应增大。在850 ℃加热并通过水雾冷却后的车轮钢试样强韧匹配最好,综合力学性能最好。     

冷却速度对支承辊用Cr5钢显微组织与力学性能的影响

采用金相显微镜、维氏硬度计、拉伸试验机、夏比摆锤试验机等,研究了冷却速度对支承辊用Cr5钢显微组织与力学性能的影响。结果表明,随着冷却速度的降低,组织中珠光体含量不断增加,试样强度和硬度逐渐下降,塑韧性相近。冷却速度≥3 ℃/min时,组织中珠光体体积分数≤30%,抗拉强度≥1025 MPa、屈服强度≥750 MPa、硬度≥45 HS、冲击吸收能量≥40 J。生产试验表明,采用强风冷冷却的热处理可使辊颈表面至一定深度处的力学性能达到油冷的效果,完全满足支承辊辊颈的力学性能要求。