Nb微合金化高碳钢奥氏体晶粒长大原位观察

摘要：以往研究表明Nb析出相钉扎和固溶Nb溶质拖曳作用共同阻碍奥氏体晶粒长大。采用高温共聚焦显微镜研究了Nb对一种高碳含Nb钢奥氏体晶粒长大的影响,对含Nb钢加热过程组织演变进行原位观察。结果表明,Nb在没有钉扎作用下（即高温条件下）仍能起到阻碍奥氏体晶粒长大的作用,该阻碍效果主要是固溶Nb的溶质拖曳作用引起的。采用2种模型对奥氏体晶粒长大行为进行拟合,给出了不同加热温度下Nb微合金化高碳钢的Beck长大方程,同时考虑到加热温度和保温时间的共同影响,根据原位观察结果得到实验钢的奥氏体晶粒长大动力学模型,该模型能够较准确地预测Nb微合金化高碳钢奥氏体晶粒长大行为。     

再加热温度对含Nb，Ti钢第二相粒子固溶及晶粒长大的影响

 通过热力学计算和萃取复型分析技术,对高Ti含Nb钢中第二相粒子在不同加热温度下的固溶情况和奥氏体晶粒的长大规律进行了研究。结果表明：再加热温度低于1 180 ℃时,钢中Nb、Ti含量随温度升高显著增加。Nb、Ti固溶量分别在1 210 ℃和1 180 ℃以上趋于稳定;再加热温度在800~1 100 ℃时,以尺寸小于30 nm、分布较均匀的小粒子为主,呈球形,奥氏体晶粒尺寸在30 μm以下。再加热温度在1 180~1 210 ℃时,第二相粒子数量减少,尺寸多在100~200 nm之间,形态多为立方形和球形,奥氏体晶粒尺寸略微增加。随着再加热温度的进一步升高,析出粒子数量迅速下降,尺寸多为大于200 nm的方形粒子,此时奥氏体晶粒迅速长大至100 μm以上;析出粒子组成均为Nb、Ti复合的碳氮化物,其Nb/Ti原子比随温度升高而降低;试验钢的晶粒粗化温度为1 210 ℃,确定实际加热温度为1 180~1 210 ℃。     

加热工艺对Nb-Ti微合金钢奥氏体晶粒长大的影响

 为了解加热制度对Nb Ti微合金钢的奥氏体晶粒长大和析出行为的影响,采用OM、TEM和EDS分析技术,研究了Nb Ti微合金钢在不同加热温度和保温时间的奥氏体晶粒长大行为,以及微合金元素碳氮化物析出行为。结果表明,随加热温度升高,奥氏体晶粒尺寸逐渐长大,当加热温度超过1 200 ℃时奥氏体晶粒尺寸快速长大。随保温时间延长,奥氏体晶粒尺寸逐渐长大,当保温时间超过2.0 h时奥氏体晶粒尺寸快速长大。EDS分析显示Nb Ti钢中的析出物为(Nb,Ti)(C,N)复合相,随着加热温度升高和保温时间延长,析出相体积分数减少,尺寸增大,从而减弱对奥氏体晶粒的细化作用;Nb Ti微合金试验钢合适的加热温度范围为1 150～1 200 ℃,保温时间低于2.0 h。     

25Cr2Mo1VA钢奥氏体晶粒长大规律探讨

 为了研究不同加热温度和保温时间下25Cr2Mo1VA钢奥氏体晶粒长大规律,利用金相显微镜、TEM、EDS以及截距法分析了不同状态下奥氏体晶粒大小、形貌,析出相类型及其大小分布等。结果表明,当加热温度在900 ℃以下,试验钢的奥氏体晶粒长大缓慢且细小;随着温度加热至950 ℃,奥氏体晶粒出现了“混晶”现象,再加热超过1 000 ℃后,奥氏体晶粒异常长大。随保温时间的延长,奥氏体晶粒也会长大,但保温时间对奥氏体晶粒尺寸的影响没有加热温度显著。试验钢中出现近似球形状的析出相,即为富钒的非计量化合物M₈C₇析出相。根据Anelli改进模型和回归分析,建立了试验钢奥氏体晶粒长大的热力学模型,并结合析出相粒子对奥氏体晶粒钉扎作用,探讨了25Cr2Mo1VA钢的奥氏体晶粒长大规律及成因。     

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.      

汽车用齿轮钢奥氏体晶粒长大与第二相粒子控制技术研究进展

伴随着全球双碳政策的实施,节能减排成为汽车制造业发展的首要目标之一.汽车用齿轮钢采用的更高温度结合更短时间的渗碳工艺是目前各齿轮生产企业最为直接的降碳措施,但齿轮钢在高温渗碳生产过程中却时常发生奥氏体晶粒异常粗大的问题,且渗碳温度越高混晶现象越严重.因此,各企业对齿轮钢进行微合金化,通过添加微合金元素在加热过程中析出第二相粒子产生钉扎作用来阻碍奥氏体晶粒异常长大,从而需要对复杂的齿轮钢奥氏体晶粒长大与第二相粒子析出机制进行研究.通过对奥氏体晶粒度、奥氏体晶粒长大机制及模型、第二相粒子(Nb(C,N)/AlN)对奥氏体晶界移动的钉扎作用及模型、以及加热温度与保温时间对奥氏体晶粒长大和第二相粒子钉扎作用的影响等进行了文献综述,阐明了奥氏体晶粒长大规律、第二相粒子的控制方法与抑制奥氏体晶粒长大的钉扎机制,为高质量齿轮钢的生产提供参考.     

含铌齿轮钢的晶粒长大动力学

 利用金相试验方法和理论模型研究了几种Nb微合金化齿轮钢的奥氏体晶粒长大动力学。结果表明,试验钢中Nb含量分别为w(Nb)=0%、004%、006%和008%,奥氏体化温度在900~1 200 ℃范围,奥氏体化保温时间为15~600 min条件下,由于NbC颗粒的钉扎晶界作用,齿轮钢中添加微量Nb,可有效阻止奥氏体晶粒粗化,而且随Nb含量的增加,晶粒细化效果越明显。     

加热温度对钛微合金化钢奥氏体晶粒长大的影响

通过将钛微合金化钢在箱式电炉中加热至850~1 250℃保温30 min,观察其奥氏体晶粒组织及Ti的析出粒子分布情况,研究钛微合金化钢奥氏体晶粒长大行为及Ti的固溶规律。结果表明:随着加热温度的升高,试验钢存在两个奥氏体晶粒粗化温度,分别为1 050℃和1 250℃,与Ti两种析出粒子的固溶温度相对应,但数值比固溶温度低。分析奥氏体晶粒两个阶段的长大过程发现,随着TiC析出粒子的溶解,晶粒长大激活能从265.6 k J/mol降低至239.8 k J/mol。     

中锰马氏体NM500钢奥氏体晶粒长大行为

 中锰马氏体耐磨钢是一种新型的低成本高性能耐磨钢,揭示钢中奥氏体晶粒长大行为,并建立精确的预测模型,对其组织和性能的调控至关重要。利用Gleeble-3500型热模拟试验机、金相显微镜和透射电子显微镜等设备,系统研究了中锰马氏体NM500钢在不同加热温度和保温时间下的奥氏体晶粒长大行为,探讨了微合金第二相对奥氏体晶粒长大行为的影响。研究结果表明,加热温度对试验钢中奥氏体晶粒长大的影响明显大于保温时间,且试验钢中奥氏体晶粒长大行为受基体中V(C,N)粒子析出行为的影响,其可分为两个阶段。当加热温度小于950 ℃时,试验钢中存在大量未溶的纳米级球状和短棒状V(C,N)粒子,能够有效地钉扎奥氏体晶界,奥氏体晶粒长大缓慢;但当加热温度不低于950 ℃时,试验钢中V(C,N)粒子大量溶解和粗化。其中,加热温度为950 ℃、保温时间为60 min时,试验钢中V(C,N)粒子的体积分数仅为0.041%,平均粒径增大至45.78 nm。其对奥氏体晶粒的钉扎作用显著减低,且随着温度升高,原子扩散速度加快,奥氏体晶粒快速长大。基于Beck模型,建立了试验钢中奥氏体晶粒等温长大动力学模型,计算得到低温及高温阶段试验钢中奥氏体晶粒长大表观激活能分别为66.561 kg/mol和170.416 kJ/mol,且奥氏体晶粒的理论计算值与实测结果吻合较好。     

加热参数对T122高铬耐热钢奥氏体晶粒异常长大的影响

 12Cr 2W Mo Nb V Cu N B钢(简称T122钢)是一种新开发、用于超超临界火电机组的马氏体耐热钢。在奥氏体化过程中，发现该钢种有异常晶粒长大现象。为此，研究了950~1 250 ℃奥氏体化温度下，保温时间和加热速率对奥氏体晶粒长大的影响，同时热力学计算的平衡相转变被用于更好了解加热过程中组织的演变。为了检测异常晶粒长大，系统研究了晶粒尺寸分布，并采用晶粒尺寸相对差(RD)比较了不同加热参数下奥氏体晶粒长大行为。结果表明，加热速率对奥氏体化晶粒长大有显著影响。当加热速率大于临界值时，存在一个异常晶粒长大的温度范围，此温度范围为1 000~1 100 ℃；加热速率小于临界值时，则不会出现异常晶粒长大现象。随着保温时间的增加，异常晶粒长大所造成的晶粒不均匀程度逐渐降低。     

Austenitization Behaviors of X80 Pipeline Steel With High Nb and Trace Ti Treatment

The austenitization behaviors of two high niobium-containing X80 pipeline steels with different titanium contents, including the dissolution of microalloying precipitates and the austenite grain growth, were investigated by using physical-chemical phase analysis method and microstructural observation. The results illustrated that most niobium could be dissolved into austenite during soaking at 1180℃, whereas little amount of titanium could be dissolved. It was found that during soaking, the austenite grain growth rate was initially high, and then decreased after soaking for 1 h; moreover, the austenite grains grew up more rapidly at temperatures above 1180℃ than below 1180℃. The results show that the steel with titanium content of 0.016% has a larger austenite grain size than that with titanium content of 0.012% under the same soaking conditions, which is explained by considering the particle size distribution.     

Austenitization Behaviors of X80 Pipeline Steels With High Nb and Micro-Ti Treatment

 The austenitization behaviors of two high Nb-containing X80 pipeline steels with different Ti contents, including the dissolution of microalloying precipitates and the austenite grain growth behaviors, were investigated by using physical-chemical phase analysis method and optimal microstructure observation. The results illustrate that most Nb can be dissolved into austenite during the soaking at 1180℃, but very little amount of Ti can be dissolved. It is found that during soaking, the austenite grain growth rate is initially high, and then it decreases after 1h soaking; moreover, the austenite grains grow up more rapidly at temperatures above 1180℃ than at temperatures below 1180℃. It is shown that the steel with 0.016%Ti content has a larger austenite grain size than the steel with 0.012%Ti under the same soaking conditions, which has been explained by considering the particle size distribution.     

高强度船板钢奥氏体晶粒长大的规律

 利用光学显微镜和H 800透射电镜研究了不同加热温度和不同保温时间下高强度船板钢奥氏体晶粒长大规律。结果表明,该钢在高温加热时具有较好的抗晶粒粗化能力,奥氏体晶粒粗化温度在1250 ℃左右;在1100 ℃和1200 ℃保温时,奥氏体晶粒等温长大规律较好地服从抛物线型经验表达式;随着温度的升高,钢中的第二相质点逐渐减少,当加热至1250 ℃时,钢中仅存TiN颗粒。     

In-situ observation on austenite grain growth of a Nb microalloyed high-carbon steel

It was reported in previous studies that the growth of austenite was inhibited by the pinning effect of Nb containing precipitates and the solute dragging effect of solute Nb. The effect of Nb on austenite grain growth of high carbon steel was investigated by laser scanning confocal microscope (LSCM). Microstructure evolution during heating process of the tested steel was observed by in situ observation. The results show that even without the pinning effect of Nb containing precipitates (at high temperatures), Nb can hinder the growth of austenite grains due to the solute dragging effect of Nb. Two models were used to fit the austenite grain growth process, and the Beck growth models of Nb microalloyed high carbon steels at different heating temperatures were established. The austenite grain growth kinetics model considering the influence of heating temperature and holding time can accurately predict the austenite grain growth process of Nb microalloyed high carbon steels.     

中厚板中间坯冷却过程中晶粒长大及控制方法

为控制中厚板中间坯长时间待温导致的晶粒长大,研究了中间强制水冷却对奥氏体组织的影响.通过对Q345B钢和含Nb-Ti钢采用1050℃变形后快冷至1050~950℃预定温度保温的热模拟方法,确定了中间坯冷却过程中的晶粒尺寸变化规律,提出了中厚板冷却过程中晶粒长大的控制方法,建立了Q345B钢和含Nb-Ti钢在中间冷却过程中的晶粒长大模型.在中间冷却过程中,Q345B钢晶粒稳定性较差,而含Nb-Ti钢晶粒稳定性良好,归因于以铌为主的析出相对奥氏体晶界的钉扎作用.中间坯的强制冷却可控制奥氏体晶粒长大,63mm厚中间坯强制冷却可有效减小平均晶粒尺寸约20μm.在实际生产中,经中间强制冷却后16 mm厚度Q345B钢板的冲击韧性提高25%~70%.      

Austenite Grain Growth Behavior of X80 Pipeline Steel in Heating Process

Through changing soaking temperature and soaking time,austenite grain growth behavior of X80 pipeline steel under different heating conditions was studied. Relationships of average grain size to soaking temperature and time were obtained respectively. The results show that the prior austenite grains grow with the increase of soaking temperature and time. When soaking temperature is lower than 1180℃,austenite grain size and growth rate are small; when it higher than 1200℃,austenite grains grow rapidly and abnormal grain growth appears. For soaking at 1180℃,austenite grain growth rate is initially high and then decreases when soaking time exceeds 1h.     

析出粒子对钛微合金化高强钢奥氏体晶粒长大的影响

通过析出粒子与奥氏体晶粒尺寸的定量关系,建立奥氏体晶粒长大模型,计算TiN和TiC析出粒子共同作用下钛微合金化钢奥氏体晶粒尺寸.根据析出相质点理论计算结果表明:随着加热温度的升高,析出粒子体积分数逐渐减少,粒子半径逐渐增大,TiC粒子强烈阻止奥氏体晶粒长大,TiN粒子对奥氏体晶粒长大钉扎效果一般.采用实验测试手段测量不同加热温度下保温30 min后实验钢的奥氏体晶粒尺寸,与理论计算结果吻合较好.