高强度低合金钢中纳米析出相对腐蚀行为影响的研究进展

高强度低合金钢中Nb、V和Ti等微合金化元素的纳米析出相对于调控钢的组织和性能具有重要作用,它可以确保钢基体同时拥有较高的力学性能和较强的耐蚀性能。本文基于国内外最新研究现状,系统阐述了纳米析出相在高强度低合金钢中的存在形态以及其对钢中氢扩散、均匀腐蚀、应力腐蚀开裂以及各类氢损伤等腐蚀行为的影响规律和机制。研究表明,纳米析出相对钢基体腐蚀行为的影响受其尺寸、数量和分布状态的控制。细小且与基体共格或半共格的纳米析出相不仅可以通过改善钢的微观组织（包括亚结构）提高耐蚀性能,其导致的不可逆氢陷阱及对氢扩散的强烈抑制作用还可以极大提高抗应力腐蚀和各类氢损伤的能力。而大尺寸的非共格析出相则可能恶化钢基体的耐蚀性能和促进氢损伤。最后展望了目前关注较少的纳米析出相对腐蚀疲劳影响的相关研究。明确纳米析出相对高强度低合金钢腐蚀行为的影响规律与机制将有助于更高品质耐蚀钢的开发和应用。      

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。     

Nb、Ti碳化物的溶解与析出对低C微合金钢组织和性能的影响

采用理论计算方法分析了Nb、Ti碳化物在低C微合金钢(%:0.09C、1.42Mn、0.035Nb、0.012Ti)奥氏体中的溶解与析出,测试了不同加热温度下奥氏体晶粒尺寸以及固溶-时效后实验钢的硬度。结果表明,Nb、Ti碳化物在1060℃全部溶解,800℃时效时,奥氏体中的Nb、Ti基本以NbC、TiC形式析出。700℃时效时,Nb、Ti碳化物在铁素体内析出,随温度降低,碳化物析出减慢。600℃时效,钢的硬度达到最大值。     

利用TDS方法研究氢在两种马氏体钢中的扩散

采用TDS方法研究了氢在两种马氏体钢中的扩散行为,结果发现氢在高铬低铝的D2钢中的扩散显著低于低铬无铝的D1钢。从充氢试样室温放置时氢体积分数下降规律可知,氢在D1钢和D2钢中的扩散系数分别为1.52×10-7和5.3×10-8cm2/s。D2钢中存在大量细小的碳化物,既对氢的扩散起到阻碍作用,降低氢的扩散系数,又可作...     

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。     

Nb微合金化在EAF-CSP流程管线钢生产的技术应用

通过研究Nb的固溶、析出规律;EAF-CSP流程对含Nb钢影响;Nb,Ti微合金化的第2相粒子的固溶析出和奥氏体晶粒长大规律;成功开发出Nb,Ti微合金化的管线钢,且消除了含Nb钢的混晶问题,避免了Nb钢的铸坯裂纹,其产品的组织和性能均能满足用户要求.     

微合金化钢在成分设计上的新进展及对我国研究发展的一些建议

微合金化钢是低合金钢中一个新的分支。它不同于传统的合金钢或低合金钢,它的合金化作用不是靠改变钢的基体而是通过与钢中残余元素(C、O、S、N等)结合并在钢中析出第二相来改善钢的性能。一般是把在钢中溶解度很小,含量在10~(-1)～10~(-3)％以下而又能起上述作用的元素称为微合金化元素。到目前为止,在工业上应用的有Al、Nb、Ti、V和Zr等元素。稀土虽然能与O、S、H和N结合,但还未公认它有改变基体或析出新相的作用,所以目前还不作为微合金化元素对待。B、P、Te属于非金     

Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为,采用Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢为研究对象,利用OM、XRD、TEM等测试手段,结合腐蚀疲劳试验,研究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,试验钢在3.5%NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能,钢中添加0.11%的Nb后,钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa,其主要原因是,Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸,促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出,增加了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。     

Nb对高铁车轴钢相变规律及微观组织的影响

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A_(c1)和A_(c3)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6.8 nm,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。     

退火工艺对Nb-V微合金化双相钢组织性能的影响

为了进一步提升双相钢性能、探究Nb-V元素复合添加对双相钢组织性能的影响,在实验室研发了Nb-V微合金化的冷轧双相钢。利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统地研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度和伸长率随着退火温度的升高变化不大,屈服强度在组织中铁素体含量明显减少后有显著提升;Nb、V元素的添加细化了组织,可以提高综合性能。随着过时效温度的升高,试验钢主要组织由起初低温时的淬火马氏体+回火马氏体变为高温时的粒状贝氏体,残余奥氏体比例也逐渐增大。高温过时效时,试验钢强度的降低主要由回火马氏体的软化造成;低温过时效时,V析出量的增加也对试验钢的强化起到了重要作用。     

退火工艺对Nb-V微合金化双相钢组织性能的影响

为了进一步提升双相钢性能、探究Nb-V元素复合添加对双相钢组织性能的影响,在实验室研发了Nb-V微合金化的冷轧双相钢。利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统地研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度和伸长率随着退火温度的升高变化不大,屈服强度在组织中铁素体含量明显减少后有显著提升;Nb、V元素的添加细化了组织,可以提高综合性能。随着过时效温度的升高,试验钢主要组织由起初低温时的淬火马氏体+回火马氏体变为高温时的粒状贝氏体,残余奥氏体比例也逐渐增大。高温过时效时,试验钢强度的降低主要由回火马氏体的软化造成;低温过时效时,V析出量的增加也对试验钢的强化起到了重要作用。     

钒钼微合金化32MnB5热成形钢的抗氢脆性能研究

在实验室条件下通过在传统32MnB5热成形钢基础上添加不同含量的V和Mo，利用慢应变速率拉伸试验来评价材料的氢脆敏感性，并结合氢渗透试验对微合金化热成形钢的抗氢脆性能变化机理进行了探讨。试验结果表明：添加V和Mo合金元素均有利于提高材料的抗氢脆性能，材料充氢后的塑性损失均出现降低。其中V与Mo复合添加相对于单一添加V样品，其原奥氏体晶粒尺寸及纳米级析出相尺寸更为细小，可以有效捕获氢原子，阻碍了氢原子的扩散，因此表现出最佳的抗氢脆性能，氢扩散系数降至7.3×10^-11 m²/s，可扩散氢浓度减少至4 100 mol/m³。     

齿轮钢高温渗碳后的疲劳性能

利用旋转弯曲疲劳试验方法,研究了Nb和Ti微合金化20CrMn齿轮钢(20CrMnNb钢:w(Nb)0.077%;20CrMnTiNb钢:w(Nb)0.048%+w(Ti)0.038%)经1 000℃高温渗碳后的疲劳性能。结果表明,Nb-Ti复合微合金化的20CrMnTiNb钢中析出相尺寸小、数量多,其渗碳层原奥氏体晶粒平均尺寸明显低于Nb微合金化的20CrMnNb钢,因而20CrMnTiNb钢的疲劳极限高于20CrMnNb钢。疲劳断口观察发现,20CrMnNb和20CrMnTiNb钢主要以近表面基体方式起裂,渗碳层中疲劳裂纹沿晶界扩展,因而晶粒尺寸较细的20CrMnTiNb钢的疲劳性能较高。     

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。     

铌、钒、钛在微合金钢中的作用

微合金化元素Nb、V、Ti在钢中的作用,主要表现在在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大,并通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出,对钢进行沉淀强化。这3个元素虽然都是通过细化晶粒和沉淀强化来提高强度,但它们在钢中的作用机理及强化程度并不同,Nb在钢中具有最强的晶粒细化强化效果,而V在钢中具有最强的沉淀强化效果,Ti则介于Nb和V两者之间。     

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。     

超细晶钒微合金化双相钢性能

研究了钒微合金化对高强双相钢微观组织及性能的影响。与Fe-0.186C-1.5Mn-0.3Si-0.008N参照钢相比,加入0.14%V带来如下效果:(1)在冷轧及退火状态铁素体晶粒高度细化;(2)严重推迟在连续退火过程中铁素体向奥氏体转变的初始动力学;(3)慢冷条件下铁素体开始转变温度稍微提高,但珠光体和贝氏体转变被抑制,导致淬透性提高;(4)在临界退火温度≤740℃时观察到未溶渗碳体;(5)750℃/180 s退火后铁素体相中发现大量V(C,N)析出(平均直径7.4 nm),而马氏体(奥氏体)中析出物稀少,尺寸更大(平均直径13.4 nm);(6)不含钒参照钢抗拉强度随马氏体体积分数增量为~16 MPa/%,而含钒钢由于晶粒细化和铁素体选择强化,强度随马氏体含量变化增量相当低(~4 MPa/%),在马氏体体积分数45%变软。     

低成本钛元素合金化超高强度钢的组织及力学性能

针对低成本超高强度钢的开发问题,在国外材料基础上设计开发了低成本Ti微合金化超高强度钢,弥补了国内相关产品空白;同时通过力学测试、微观组织表征、析出相分析等方法揭示了Ti微合金化对试验钢的组织性能影响规律及强韧化机制,为低成本超高强度钢板新材料的工业化应用提供数据积累与理论支撑。试验结果表明：Ti微合金化试验钢与基础钢相比,屈服强度相当,断面收缩率从33%提升至44%,低温冲击韧性也从22.6 J提升至26.7 J,可见Ti微合金化试验钢具有更好的塑韧性匹配;其主要原因是Ti微合金化试验钢中有较多的MC型和M₃C型碳化物析出,使得基体中固溶的C质量分数从0.287%降至0.247%,同时Ti微合金化使得试验钢的原奥氏体晶粒由9.5级细化至11.0级,有效晶粒尺寸从1.8μm降低至1.3μm。计算结果显示：Ti微合金化试验钢碳当量较基础钢明显降低,因此焊接性能更好;Ti微合金化试验钢通过降低固溶强化、提高位错强化和细晶强化以及析出强化,实现了屈服强度的提升,并保障了韧性和工艺性能。     

超高强度热冲压用钢中H的扩散与氢致滞后开裂行为

采用阴极充H、恒载荷拉伸和电化学H渗透等试验方法,研究了超高强度钢22MnB5Nb的H扩散行为及氢致滞后开裂性能,并与常用热冲压钢22MnB5进行了对比。结果表明,H在22MnB5Nb钢中的扩散系数为3.02×10-7 cm2/s,显著低于22MnB5钢;与22MnB5钢相比,22MnB5Nb钢具有较好的耐氢致滞后开裂性能;这是由于22MnB5Nb钢晶粒较细小,增加了晶界的有效面积,使H陷阱分布更均匀,进而抑制H向裂纹尖端扩展,避免了局部H的富集。     

25Co15Ni11Cr2MoE钢回火过程中析出相的演变规律

采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等试验方法对一种高Co-Ni二次硬化钢25Co15Ni11Cr2MoE淬火后经300~660℃温度范围回火后析出的合金碳化物和韧化相逆转变奥氏体的析出演变规律进行系统研究。结果表明:25Co15Ni11Cr2MoE经300~660℃温度范围回火后,随回火温度升高,钢中析出的合金碳化物依次为:弥散的ε-碳化物→片状的合金渗碳体→弥散的M2C碳化物→粗化的M23C6碳化物。经495℃回火后,钢中板条马氏体基体上析出大量细小弥散的M2C碳化物,回火早期析出的粗大片状渗碳体全部回溶,并在马氏体板条间析出薄膜状韧化相逆转变奥氏体。回火温度提高至530℃后,逆转变奥氏体含量继续增加,但其形貌逐渐由薄膜状转变为条、块状,回火温度提高到600℃时,钢中的逆转变奥氏体含量达到极大值。