Nb对高铁车轴钢相变规律及微观组织的影响

摘要：采用热力学软件Thermo Calc、Formastor FII型全自动相变仪、OM、HRTEM等手段研究了V微合金化、Nb V复合微合金化车轴钢的微观组织及连续冷却相变规律。结果表明,Nb能够提高钢的Ac1和Ac3相变温度,扩大铁素体+珠光体相变区冷速范围,使贝氏体相变区向左下方移动,提高获得全马氏体的临界冷却速度。此外,Nb的添加能够使V在高温下与Nb协同析出。冷速42℃/s的热膨胀试样HRTEM结果发现,Nb V微合金化车轴钢中存在大量(Nb,V)C纳米析出相,呈随机分布,平均尺寸为68nm,这些析出相能够细化奥氏体晶粒,是其相变后组织硬度提高的主要原因。     

X70管线钢连续冷却过程的相变研究

以两种微合金化方式(Nb、V、Ti和Nb、V、Ti、Mo)的X70管线钢为研究对象,在MMS-200热模拟试验机上进行了双道次轧制工艺模拟试验,研究不同卷取温度、冷却速度对X70显微组织的影响.结果表明,随着卷取温度的降低及冷速的提高,金相组织细化.卷取温度在520℃、冷速在15℃/s左右可以得到较为理想的针状铁素体组织.Nb、V、Ti微合金化管线钢,当冷却速度为15℃/s时,带状组织完全消失.     

北极海洋平台用Q355E热轧H型钢连续冷却转变规律

在实验室利用Gleeble-3500热模拟试验机对3种Nb、V微合金化Q355E热轧H型钢进行了连续冷却转变规律测试,研究了冷却速度对试验钢组织与硬度的影响。结果表明:在冷速为0.5℃/s时,组织中开始出现贝氏体;冷速大于7℃/s时,珠光体转变即终止。在中等冷速下,Nb的加入促进了贝氏体的形成,抑制了铁素体与珠光体的形核;并且Nb的加入使铁素体转变区右移。Cr的加入降低了较高冷速下铁素体与珠光体相变点,并促进了高冷速下马氏体的形成。由于受V析出的影响,含V试验钢在冷速为1℃/s时其硬度曲线有一个"波谷"。3种试验钢的冷速在0.5~3℃/s之间时,试验钢可获得强韧性较好的细小准多边形铁素体、少量珠光体与贝氏体的复合组织。     

铌微合金化抗震钢筋形变奥氏体连续冷却转变

 为了研究铌对高强抗震钢筋生产过程中组织转变的影响,通过热模拟试验对比研究了无铌碳素钢筋及铌微合金化钢筋(铌质量分数为0.03%)形变奥氏体在不同冷却速率下的组织和相变规律,获得动态CCT曲线。研究结果表明,添加0.03%铌使试验钢奥氏体连续冷却转变有明显变化。从连续冷却曲线(CCT)可看出,添加铌后,发生先共析铁素体、珠光体相变的冷却速度范围减小,铁素体、珠光体转变温度降低;贝氏体相变的冷却速度区间整体右移。添加铌能细化组织,各冷却速度下含铌钢的硬度均大于无铌钢。利用TEM对不同冷却速度下含铌钢中析出相进行观察,发现Nb(C,N)弥散分布于钢中,随着冷却速度的增加,析出的Nb(C,N)逐渐减少,析出相尺寸呈先减小后增大的规律,2 ℃/s冷却速度冷却得到的析出相尺寸细小且数量较多。     

Nb-V微合金中碳钢的显微组织与力学性能的关系

本工作采用光学，电子显徽术(TEM和SEM)及定量金相等技术观测了V和Nb—V微合金化中碳非诚质钢连续冷却后的显微组织，分析了显微组织与力学性能的关系。结果指出：Nb—V复合微合金化不仅更有效地细化钢的组织，而且显著地影响碳化物沉淀的析出方式—抑制其相间析出，因此，可提高钢的强度，并可改善韧性。     

微合金化TRIP型退火马氏体钢氢渗透行为研究

通过在0.2%C-1.5%Si-2.0%Mn成分基础上进行Nb、V和Ti微合金化成分设计以及"完全奥氏体区淬火+临界区淬火至马氏体相变点以上温度配分"工艺,获得组织为退火马氏体基体+残余奥氏体的退火型马氏体TAM。对各种钢氢渗透行为的研究发现,微合金元素析出物能够显著抑制氢在钢基体中的扩散行为。Nb、V和Ti处于可比的加入水平时,Nb微合金化钢的氢扩散系数最低,为0.716×10~(-7) cm~2/s, Ti微合金化钢为1.136×10~(-7) cm~2/s,0.052%V钢为2.647×10~(-7) cm~2/s,这些值均低于参照钢。对含钒钢,随着钢中V含量增加,氢渗透时间长,产生的氢陷阱作用增强。认为Nb和Ti在高温析出粗大的碳化物对氢的抑制作用强烈,而V在低温析出的高密度细小、弥散分布的碳化物,使基体具有大量的氢陷阱,保证材料获得强的抑制氢扩散能力。     

Ti微合金钢热变形后连续冷却相变及第二相析出行为

采用热力模拟试验技术、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM),并结合宏观硬度测试,研究了钛微合金钢形变奥氏体的连续冷却相变和组织演变规律,建立了试验钢连续冷却转变曲线,探讨了不同冷速对第二相析出的影响。结果表明,不同冷速下,试验钢获得了不同的微观组织,随冷速增加,第二相析出量增多,尺寸更细小,但冷速过高,析出被抑制。     

Ti-Nb微合金化高速护栏钢连续冷却组织转变规律研究

利用热模拟试验机、OM、TEM等试验设备,研究了Ti-Nb微合金化高速护栏钢的连续冷却组织转变规律,建立了试验钢的CCT曲线。研究结果表明：当冷速为0.5℃/s时,试验钢中的奥氏体发生铁素体-珠光体相变;当冷速大于1℃/s时,开始发生贝氏体相变;当冷速为10～20℃/s时,既发生铁素体-贝氏体相变又发生马氏体相变;当冷速≥30℃/s时,发生贝氏体-马氏体的相变。随着冷速的增加,试验钢的硬度也随之增大。在不同冷速下钢中均存在（Ti, Nb）C析出物,且在钢中呈弥散分布,在低冷速条件下,钢中析出物的体积分数较大,尺寸较小,具有一定的析出强化效果。     

中碳微合金化钢高温延塑性的研究

借助Gleeble1500热模拟试验机测试了含Nb和含Nb、Ti两种中碳微合金化钢的高温力学行为,分析了析出物、相变、动态再结晶对微合金化钢高温延塑性的影响。结果表明:试验钢种无第Ⅱ脆性区出现;含Nb钢第Ⅲ脆性区的温度范围为950~700℃,含Nb、Ti钢第Ⅲ脆性区的温度范围为900~725℃;微合金化元素Ti的加入可以细化奥氏体晶粒使含Nb微合金化钢高温塑性槽变窄、变浅;析出物沿晶界多而细小的析出和γ→α相变是第Ⅲ脆性区微合金化钢高温延塑性变差的主要原因。实际生产中通过优化二冷区水量,采用弱冷,可以有效降低微合金化钢表面微裂纹的发生率。     

变形工艺对V、Ti微合金钢连续冷却相变的影响

采用Gleeble-1500热模拟实验机,结合显微硬度测试,建立了含V、Ti微合金钢的未变形和50%形变奥氏体的CCT曲线.利用光学显微镜、透射电镜分析研究了冷却速度、变形条件及微合金元素对显微组织的影响.结果表明,变形使铁素体 珠光体相变区左移,获得铁素体 珠光体组织的临界冷速增大.变形也使贝氏体相变温度有所提高,同时在较高的冷速下,变形可使显微组织变得更加细小.V、Ti的复合添加,提高了过冷奥氏体的稳定性,使相变温度降低,有利于得到细小的组织.     

Nb-V、Nb-Ti对重型热轧H型钢强韧性的影响

随着大型桥梁、高层建筑、海洋石油平台等的建设需求不断增加,翼缘厚度80 mm以上的重型热轧H型钢具有可观的市场前景。受其生产设备及工艺的影响,80 mm厚重型热轧H型钢的强韧性提升难度极大,微合金成分体系设计无疑是有效的突破点之一。对Nb-V、Nb-Ti成分体系对重型热轧H型钢强韧性的影响进行了对比研究。结果表明,Nb-Ti与Nb-V微合金化试验钢晶粒尺寸相当,但Nb-Ti微合金化试验钢的铁素体体积分数比Nb-V低约8%;Nb-Ti微合金化试验钢屈服强度、抗拉强度比Nb-V低30 MPa,-40 ℃低温冲击值比Nb-V低127 J;第二相粒子为Nb(C,N),分布均匀,随着合金元素添加量的增加,第二相析出数量增加,质点半径增大。     

Nb-V-Ti微合金化高强度钢08MnCr连续冷却转变曲线和组织

利用ThermecMaster-Z热模拟实验机测定了一种Nb-V-Ti微合金化高强度钢08MnCr(S2)在910～1 200℃不变形(静态)和变形(动态)奥氏体0.05～30℃/s冷速下连续冷却转变(CCT)曲线,并分析和观察了对应的相变及组织。实验结果表明,提高轧后的冷却速度使Ar₃降低,导致钢的晶粒进一步细化;冷却速度大于10℃/s开始出现贝氏体转变。提高加热温度时相变温度降低,变形奥氏体相变温度较不变形奥氏体相变温度高。冷速较低时,铁素体晶粒呈多边形;冷速高时,铁素体晶粒多呈尖角形。     

凝固冷却梯度对铸态NiTiNb形状记忆合金微观组织和马氏体相变的影响

通过真空感应熔炼辅以石墨铸模冷却的方法制备了NiTiNb合金铸锭。由于石墨铸模出色的导热能力,在合金凝固过程中自下而上形成了一定的冷却梯度。采用光学显微镜(OM)以及高分辨扫描电子显微镜(SEM)等手段对铸锭不同位置的微观组织进行了表征研究,并利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对比分析了各位置的组成相以及马氏体相变特征。结果表明,凝固过程的冷却梯度对合金微观组织和相变行为具有明显影响。冷速较快的部位枝晶组织较为细小,而冷速较慢的部位则枝晶粗大。凝固冷却梯度虽然不会改变合金的组成相类别,但会对β-Nb相含量以及Nb元素在NiTi基体相中的固溶量造成影响,较快的冷却速度将会减少合金中的β-Nb相,同时增加Nb在NiTi相中的固溶水平。此外,冷速较快的部位其相变曲线峰型具有窄和高的特征,相变滞后也相对更宽。     

两相区淬火对高强海洋工程钢组织性能的影响

摘要：对高强海洋工程用钢分别经过一次淬火+回火(QT)和一次淬火+两相区淬火+回火(QLT)2种热处理工艺处理后,采用扫描电镜(SEM)、连续冷却转变(CCT)曲线、高分辨透射电镜(HRTEM)等手段对其微观组织、相变特性和Cu的析出相进行了检测,并进行了室温拉伸性能及系列温度夏比冲击性能的测定。结果表明：实验钢在03~20℃/s的冷速下均得到贝氏体组织,随着冷速的增加,钢的转变温度有所降低,这与工业厚板淬火后表面和心部组织硬度存在一定差异的结果相吻合。经750℃在两相区保温并淬火对钢中的软硬相组织进行调控后,实验钢的屈服强度仍达到800MPa以上,屈强比从QT态的0.96降低至0.92以下,较QT态的低温韧性有了显著的改善。在两相区保温后,钢中有大量的Cu粒子析出并粗化,然而在后续回火过程中仍有尺寸在20nm以下的Cu粒子析出,仍可起到一定的析出强化作用。     

两相区淬火对高强海洋工程钢组织性能的影响

对高强海洋工程用钢分别经过一次淬火+回火(QT)和一次淬火+两相区淬火+回火(QLT)2种热处理工艺处理后,采用扫描电镜(SEM)、连续冷却转变(CCT)曲线、高分辨透射电镜(HRTEM)等手段对其微观组织、相变特性和Cu的析出相进行了检测,并进行了室温拉伸性能及系列温度夏比冲击性能的测定。结果表明:实验钢在0.3～20℃/s的冷速下均得到贝氏体组织,随着冷速的增加,钢的转变温度有所降低,这与工业厚板淬火后表面和心部组织硬度存在一定差异的结果相吻合。经750℃在两相区保温并淬火对钢中的软硬相组织进行调控后,实验钢的屈服强度仍达到800 MPa以上,屈强比从QT态的0.96降低至0.92以下,较QT态的低温韧性有了显著的改善。在两相区保温后,钢中有大量的Cu粒子析出并粗化,然而在后续回火过程中仍有尺寸在20 nm以下的Cu粒子析出,仍可起到一定的析出强化作用。     

铌-钛微合金化高强钢连续冷却的相变规律

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了铌-钛微合金化试验钢在变形与未变形条件下的连续冷却相变规律。研究结果表明:试验钢在2~50℃/s的较大冷速范围内均可获得贝氏体组织,且随着冷却速度的增加,组织中粒状贝氏体的量下降,板条贝氏体的量增加;同时变形促进相变,有利于奥氏体中新相的形成。用热膨胀法建立了试验钢静态与动态条件下的连续冷却转变(CCT)曲线。     

HP295动态CCT曲线的研究

用Gleeble3500热模拟实验机测定HP295焊瓶钢以不同冷却速度连续冷却条件下的膨胀曲线,测得临界相变点为A_(C1)=702℃,A_(C3)=919℃。同时结合金相法,利用Origin软件绘制了该钢种的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明,CCT曲线只存在一个两相区即先共析铁素体和珠光体转变区。随着冷速增大,相变开始温度逐渐降低,当冷却速度达到50℃/s,组织中仍未出现马氏体,结果为HP295焊瓶钢的现场生产和冷却工艺制度的制定提供了理论依据。     

大规格V-N微合金化球扁钢连续冷却过程中的组织性能分析

针对规格尺寸扩大带来的球扁钢截面性能不均匀问题，利用静态过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)和ANSYS有限元多场耦合模拟相结合方法对V-N微合金化设计大规格球扁钢进行了性能预测。同时利用透射电镜、相分析等试验技术对球头和腹板的强化机理进行研究。结果表明：采用V-N微合金化设计18#不对称球扁钢全截面组织为铁素体+珠光体+贝氏体，冷却过程中球头的冷速比腹板冷速慢2℃/s左右，170 s达到最大温差104.6℃,球头和腹板晶粒尺寸差异2.7μm,硬度差异20 HV5。球头较长的高温停留时间使得V(C,N)析出量比腹板更多，析出尺寸更细小。同对比球扁钢相比，采用V-N微合金化设计的试验球扁钢屈服强度提高55～78 MPa,球头与腹板差异从22 MPa减少至1 MPa,显著改善了球扁钢截面均匀性。     

HP295焊瓶钢静态CCT曲线研究

用Gleeble3500热模拟实验机测定HP295焊瓶钢以不同冷却速度连续冷却条件下的膨胀曲线,测得临界相变点A_(C1)=706℃,A_(C3)=919℃。同时结合金相法,利用Origin软件绘制该钢种的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明,CCT曲线只存在一个两相区即先共析铁素体和珠光体转变区。随着冷速增大,相变开始温度逐渐降低,当冷却速度增大到40℃/s时,组织中出现针状铁素体,当冷却速度达到50℃/s,组织中未出现马氏体,结果为HP295焊瓶钢现场生产和热处理工艺制度的制定提供了理论依据。     

一种Nb-Ti-V钢在奥氏体相区中的应变感生析出特性

用透射电子显微术和原子探针研究了奥氏体相区中的变形过程是如何影响一种Nb（0．041重量％）、Ti（O．11重量％）、V（O．018重量％）微合金化钢的应变感生析出特性。在1250℃固溶退火后，几乎所有的Nb和V都已进入固溶体。Ti并未进入固溶体，而是以TiN析出物的形态稳定地存在着。在冷却到变形温度的过程中，这些TiN析出物成了Nb和V的形核点，形成了富含TiN的心部和富含V的外壳的析出物，Nb均匀地分布在整个析出物中。在变形后，产生了应变感生析出物，这些应变感生析出物主要由Nb和V组成，Ti的量很少。较小的应变感生析出物中N含量比C含量高，随着析出物的增大，C的含量也随之增加。