Ti-Mo铁素体钢纳米粒子析出行为研究现状

通过文献调研的方法,对纳米相铁素体钢的成分、工艺和力学性能研究动态进行了归纳,分析了不同Ti系、Ti-Mo系和Ti-Nb系的成分含量、终轧温度、冷却速率、卷取温度和等温时间等变量对钢中组织、纳米粒子行为和力学性能的影响;对铁素体钢中纳米相相间析出行为观察研究动态进行了分析;对纳米粒子相间析出行为的台阶机制、溶质拖曳消耗理论和超级台阶机制进行了对比分析,分析了3个模型机理的优点与缺点。最终提出在纳米尺度设计高度有序的复合析出纳米颗粒析出是开发超高性能稳定的纳米结构工程钢材的新途径。     

Ti-MO低碳超高强钢中相间析出强化

在不同温度下对Ti-Mo低碳钢进行等温转变,对热轧板进行力学性能检测,利用扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射等方法进行组织观察,同时分析了相间析出粒子的形貌、尺寸和分布规律.结果显示,随着等温温度降低,钢的强度提高,延展性降低,屈强比增大.在透射试样中观察到两种不同形态分布的相间析出碳化物:平面型相间析出和曲面型相间析出.相间析出碳化物的平均直径为4.30nm,平均纵横比为1.375.在650℃等温保温1 h时,相间析出强化对铁素体相强度的增量在400MPa以上.      

微合金高强钢纳米相间析出行为研究进展

 提高强度的同时不降低韧性,是人们在高强钢研发过程中追求的目标。相较于其他强化方式,细化晶粒可以使材料的强度和韧性同时提高,但目前为止钢铁材料晶粒尺寸最小可控制到3～5 μm,所能带来的强化效果有限。新型铁素体基高强钢通过相间析出使铁素体基体上分布着有规则排列的纳米尺寸碳化物,大大提高强韧性能、可成型性和焊接性,广泛应用于工程机械、石油管线、汽车零部件以及高层建筑领域。近几年随着钢铁行业的发展,对于相间析出的了解也越来也深入,各种微合金钢的纳米相间析出特征已有大量报道,主要集中在析出物微观结构特征与强度贡献的研究上。然而,相间析出机制以及模型还存在许多争议,通过工艺控制实现稳定的相间析出还比较困难,纳米相间析出高强钢的性能稳定性还较差。随着科技的发展,相关先进分析仪器也在更新换代,为新型铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出行为的深入研究提供了条件。综述了铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出的国内外研究动态,阐明了台阶理论与溶质消耗理论的局限性;对铁素体基高强钢的成分设计进行了分析,揭示了合金化方式对相间析出行为的影响规律;介绍了目前国际上研究纳米尺度碳化物相间析出行为的先进仪器及技术,最后对新型铁素体基高强钢的发展进行了展望,指出复合微合金化表现出的优势将会是以后微合金钢发展的必然趋势。     

超高强复相钢组织调控及强塑性提升机理

通过调控微观组织形貌及各相组织配比,进一步优化超高强复相钢的综合力学性能,并采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)等表征手段,研究其强塑性提升机理。研究结果表明,在820℃的(γ+α)临界区温度退火工艺条件下,显微组织由约37%铁素体、49%贝氏体以及14%残余奥氏体(体积分数)组成,其中铁素体组织以再结晶铁素体和先共析铁素体两种形态存在;贝氏体呈块状;残余奥氏体呈不规则颗粒状,主要分布在铁素体晶界处或铁素体与贝氏体相界面间,其晶粒大小与其周围“贫碳区”BCC晶粒尺寸大致成正比。在910℃奥氏体单相区退火时,显微组织由约19%先共析铁素体、61%板条束状贝氏体型铁素体以及厚度在60～130 nm范围的20%片层状残余奥氏体组成,其中贝氏体铁素体以再结晶γ晶粒作为相变的块状基准单元且呈不同位向分布;大角度晶界所占比例达85.4%;基体中V(C,N)第二相粒子为相间析出,析出粒子直径为3～9 nm,平均列间距约31 nm,对材料的强度贡献计算值约为281 MPa。超高强复相钢的综合力学性能与其微观形貌特征、晶体结构和晶体取向、第二相析出粒子、高密度位错以及残余奥氏...     

控制轧制过程中Nb(C,N)析出状态的研究

本文从研究控制轧制基础的角度出发,研究了控制轧制各个阶段中Nb(C, N)粒子的析出行为、状态、分布、结晶构造以及对钢的晶粒细化、沉淀析出强化的影响关系.主要结论如下:1) 控制轧制过程中,析出的Nb(C, N)的结晶构造因钢中(C+N)/Nb分子比值不同而不同,当此比值>1时,析出物为F.C.C.构造的δ相析出物,呈球形.2) 控制轧制过程中,Nb(C, N)首先从γ晶界、变形带界面上开始析出,然后普及到整个晶内析出.3) 在1050℃以上变形过程中,轧后γ晶粒再结晶的发生先于Nb(C, N) 粒子的析出,因此在这样高温下停轧待温将会得到粗大的部分再结晶γ晶粒,对钢材冲击韧性不利.4) 经60％变形后在1000～900℃之间待温时,只要能保证得到0.015％体积分量的Nb(C, N)析出就可以保证在200s之内防止γ晶粒粗大化.5) 轧后冷却速度过慢,将会引起在α相区域析出的Nb(C, N) 粒子长大,从而失去沉淀强化效果.     

含钛控轧板的显微组织

在武钢1700热连轧机上对含微量钛钢板进行未再结晶控轧,得到4.5～7.5μm的细小铁素体晶粒和TiC弥散沉淀强化,使钢板具有较好的综合性能。TiC的相间沉淀有各种不同形态,形成机制与γ/α界面反应密切相关。     

铌钒微合金钢中应变诱导析出及强化机理研究

从理论和实验两方面研究了Nb,V微合金钢中析出相的应变诱导析出和粗化动力学。对应变诱导析出相粒子的尺寸分布和在变形后等温过程中粒子尺寸的变化规律作了探讨,得到了微合金钢中两种类型的应变诱导析出动力学曲线和考虑形变影响的粒子粗化动力学表达式。此外,探讨了析出相在三阶段控轧中的重要作用。结果指出,微量元素在α中的析出显,不仅影响析出强化效应本身,而且控制着位错,亚结构强化效应的发挥。讨论了复合添加微量元素的优越性。同时,用轧向和横向嵌镶块尺寸的比值Dγ/Dα代替位错密度,并找到一个能表征织构强比的参数,来估算材料的屈服强度,结果令人满意。     

Ti-Mo微合金钢回火过程中纳米碳化物析出行为

利用透射电镜对含Ti微合金钢热轧及回火后的析出相分布、形貌和尺寸进行了观察和分析,结合拉伸试验结果研究了回火过程中纳米析出颗粒的变化特征及其对试验钢强度变化的影响。结果表明,600℃回火2 h试验钢的屈服强度达到最大值,这是由于除了热轧后空冷形成的高体积分数相间析出以外,回火过程中又形成了大量的过饱和析出,此时纳米析出相体积分数较其他温度增加约3%～5%,颗粒平均尺寸为5～6 nm,分布最均匀。随着回火温度的升高和回火时间的延长,2类析出颗粒均发生了不同程度的粗化,相间析出颗粒尺寸均在8 nm以下,较过饱和析出颗粒具有较好的热稳定性,析出强化作用更明显。     

L12-γ′相共格析出强化 Cuy （Ni3/4Al1/4 ）100-y合金显微组织与性能研究

纳米球状L12-γ′相（Pm-3m，a=0.3572 nm）的共格析出强化Cu-Ni-Al合金兼具优异的力学性能及一定的导电性能，被广泛应用于轨道交通、海洋运输等领域。目前缺乏纳米球状L12-γ′相共格析出的Cu-Ni-Al显微组织演变及性能关联的系统研究。本文锁定Ni∶Al原子比3∶1，制备了系列Cu（y Ni3/4Al1/4）100-y（y=75.00，80.00，85.71，90.00，93.75；原子分数）合金，并详细探讨了合金性能（硬度、电导率及软化温度）、合金成分及显微组织之间的关联。结果表明，低温时效后样品出现大量的退火孪晶并析出纳米球状L12-γ′相。低温时效后Cu-Ni-Al合金的强化机制包括细晶强化和析出强化，随着Cu含量增加（Ni+Al含量减少），退火孪晶含量减少且L12-γ′相的析出含量逐渐增加，合金硬度、屈服强度及极限抗拉强度也随之降低。而合金导电性能与固溶在Cu基体中的溶质含量相关。最后，通过软化温度测试衡量了合金在高温下的应用潜力。本研究为高性能Cu-Ni-Al合金成分设计提供了有效的实验及理论依据。     

济钢ASP线Ti-IF钢析出相及织构演变分析

采用化学相分析及透射电镜(TEM),对ASP线生产的Ti-IF钢析出相进行了定性和定量的研究,并利用ODF分析方法,揭示了生产过程中Ti-IF钢的织构演变规律.结果表明:析出相主要由TiN、Ti2CS、Ti(C,N)和FeTiP粒子组成.热轧后即发现少量FeTiP粒子,呈球状或椭球状,大小在100nm以下.冷轧过程是深冲织构{111}<110>和{111}<112>形成的重要阶段.冷轧织构由较强的α和γ纤维织构组成.退火过程中,γ织构不断增强同时伴随着α织构的不断减弱,最终形成了沿γ纤维的{111}再结晶织构.     

含Hf涡轮叶片服役过程中的组织演化研究

采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)对不同服役时间下的含Hf涡轮叶片典型部位的组织进行了观察与定量表征,采用能谱分析仪(EDS)对服役过程中的碳化物的成分变化进行了分析,并对不同服役时间叶片进行显微硬度测试,研究了含Hf涡轮叶片在服役过程中组织及性能的演化规律,并根据LSW理论对不同部位的服役温度进行了定量反推。结果表明:在高温高应力下,服役400,650 h的叶片均发生了明显的组织退化,作为主要强化相的γ'粒子由规则立方体形貌逐渐粗化长大为L,H型等较为复杂的粒子形态,其等效直径由0.53μm增大至0.64μm,粗化过程由Ostwald熟化机制与粒子聚集机制的共同控制;其中,叶身中部粗化现象最为严重,经反推,其服役温度可达1180K;碳化物由富Ti-Ta的MC(1)型转变为富Hf的MC(2)型,并析出少量M23C6型碳化物,Hf元素在一定程度上抑制了M6C及TCP相的析出;在晶内第二相与γ基体界面及筏排处出现少量蠕变空洞,即蠕变空洞在位错堆积前沿萌生;随着服役时间的延长,合金的显微硬度逐渐降低,发生明显软化。     

CSP热轧工艺对Ti微合金化钢组织和性能的影响

采用金相显微镜、电子显微镜、化学相分析等手段研究了CSP热轧工艺对Ti微合金化高强钢组织和性能的影响。结果表明:880℃终轧、620℃卷取试验钢的屈服和抗拉强度分别为825、895 MPa,钢中存在大量的纳米尺寸TiC粒子,其沉淀强化效果超过150 MPa;卷取温度降低到580℃,TiC的析出受到抑制,沉淀强化效果明显减弱。卷取温度显著影响钢中第二相粒子的析出过程,终轧温度和卷取温度改变对晶粒尺寸也有影响,两者综合作用的结果使Ti微合金化钢的强度和韧性发生变化。     

时效处理对GH648合金析出相和力学性能的影响

通过分析GH648合金时效处理后的相组成,研究不同时效处理温度对GH648合金组织和力学性能的影响,探讨了γ',及α-Cr相对合金性能的影响.结果表明,随着时效温度的提高,α-Cr相的析出量增加,γ'相的析出量减少,大多数α-Cr相呈针状分布在晶内,而且合金的室温拉伸塑性和冲击韧性随α-Cr相析出量的增加明显降低.     

CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现:屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti(C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti₄C₂S₂粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.      

冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

通过热模拟实验,研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明:当终冷温度为700℃时,随着冷却速度的增大,铁素体和珠光体组织得到了显著细化,实验钢硬度增加;随着终冷温度的降低,多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势,铁素体和珠光体含量逐渐降低,珠光体片层间距逐渐减小,贝氏体含量增加,相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加;钢中存在少量粗大的TiN和Ti_4C_2S_2粒子,冷却速度由5℃/s增大到30℃/s, TiC粒子的析出数量明显增加,平均尺寸由8.1 nm减小到6.7 nm;终冷温度由700℃降到600℃,第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少,平均析出粒子尺寸由6.7 nm减小到5.9 nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。     

TB_2钛合金焊接性能和显微组织的关系

为研究TB_2钛合金焊接性能与显微组织之间的关系;对该合金薄板材料采用自动钨极氩弧焊,对焊后未经热处理和经过不同制度热处理的试样进行了室温拉伸、弯曲和硬度测试,光学金相、二次复型电镜、透射电镜观察和断口扫描电镜分析。研究表明:TB_2钛合金焊接接头的延伸率随着热处理制度的改变而变化。焊缝金属的时效速度比基体金属快。时效析出α相粒子的尺寸和数量在一定温度下随着时间的延长而长大和增多。焊后经500℃/8小时+620℃/30分时效后的接头延伸率比焊后仅经500℃/8小时时效的显著提高,这是由于经二次时效后析出的α相的端部被钝化了的缘故。无析出物区是产生沿晶开裂的主要原因,晶界上析出连续α相粒子对焊后时效脆化有重大影响。     

冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

摘要：通过热模拟实验,研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明：当终冷温度为700℃时,随着冷却速度的增大,铁素体和珠光体组织得到了显著细化,实验钢硬度增加;随着终冷温度的降低,多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势,铁素体和珠光体含量逐渐降低,珠光体片层间距逐渐减小,贝氏体含量增加,相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加;钢中存在少量粗大的TiN和Ti4C2S2粒子,冷却速度由5℃/s增大到30℃/s,TiC粒子的析出数量明显增加,平均尺寸由8.1nm减小到6.7nm;终冷温度由700℃降到600℃,第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少,平均析出粒子尺寸由6.7nm减小到5.9nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。     

长期时效温度对一种单晶高温合金组织和拉伸性能的影响

在定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种单晶高温合金试棒,标准热处理后分别在980 ℃,1 070 ℃,1 100 ℃和1 140 ℃长期时效处理500 h,研究了不同温度长期时效后合金的显微组织和1 100 ℃的拉伸性能.结果表明合金在不同温度长期时效后,γ′相发生粗化或筏排化.随着时效温度增加,γ′相粗化或筏排化程度增加,γ′相体积分数减少,γ相基体通道变宽.在980 ℃长期时效500 h后,无TCP相析出;1 070 ℃,1 100 ℃,1 140 ℃长期时效500 h后,有针状TCP相析出.随着长期时效温度增加,TCP相含量增加.随着时效温度升高,合金拉伸强度降低,拉伸延伸率先增加后在1 140 ℃时效时又降低.长期时效后γ′相粗化或筏排化、γ′相含量减少和TCP相析出是合金拉伸强度降低的主要原因.      

高碳钢高温力学性能研究

在Gleeble-2000动态热模拟试验机上采用凝固法研究了高碳钢的高温力学性能.测定了tZD(零塑性温度)、tZS(零强度温度).在4×10-4/s应变速率条件下,所测钢种在熔点到750 ℃范围存在两个脆性温度区域,即熔点到1 300 ℃的第Ⅰ脆性温度区域和750～925 ℃的第Ⅲ脆性温度区域.在第Ⅲ脆性温度区域,γ单相AIN、NbN等氮化物在γ晶界的析出和在γ α两相区先共析α相呈网膜状,在γ晶界的析出是造成钢脆化的主要原因.通过控制钢中氮、铝含量,以及采用合理的冷却方式可以提高钢种的内在质量.     

Ni基粉末冶金高温合金平衡析出相的热力学研究

为了对Ni基高温合金进行优化设计,采用热力学计算软件Jmatpro与相应的Ni基高温合金数据库,对3代粉末高温合金René95、René88DT和René104合金的平衡相析出行为进行了热力学计算与比较研究。结果表明:3种合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ、γ’、碳化物M23C6和MC以及硼化物M3B2,但析出量、析出温度及范围存在差别。René104合金有较高的γ’相析出温度和较多的γ’相析出量,而René88DT合金的γ’相析出温度最低,γ’相析出量最少;Ta的添加使Nb元素在γ’相中的含量随温度降低先增加后减少的变化规律变为随温度降低而一直减少;另外,对于碳化物而言,René95和René88DT合金中的碳化物析出规律基本一致,只是析出量和析出温度区间不同,而René104合金与它们存在一定差别。