Nb对中碳钢相变和组织细化的影响

针对无Nb和添加0.06%Nb的2种中碳钢,研究了Nb对0.47%C中碳钢相变及组织细化的影响规律.2种实验钢正火组织均为铁素体+珠光体,Nb微合金化能够有效细化中碳钢的奥氏体晶粒,从而导致正火后组织中铁素体体积分数明显增加.含Nb中碳钢的屈服强度相对无Nb钢提高了18%(70 MPa),抗拉强度基本保持不变,-20℃冲击韧性则由7 J提高到19 J,呈现显著提高.此外,由连续冷却转变(CCT)曲线发现,Nb微合金化中碳钢可在冷速≤10℃/s时获得较高体积分数的铁素体,因此,可保证工件在较大冷速范围内不出现大块珠光体或贝氏体/马氏体组织.结合TEM观察发现,Nb元素以微小析出物Nb(C,N)的状态均匀分布在钢中.Nb(C,N)析出物能有效细化奥氏体晶粒,并因此提高铁素体形核率,这是Nb在中碳钢中影响相变并提高韧性的主要机制.     

Ti微合金化对22MnB5热成形钢组织和性能的影响

通过热膨胀试验、显微组织分析和硬度测试,分析了冷却速率和Ti元素对两种22MnB5热成形试验钢相变温度、显微组织、析出相以及硬度等的影响,并绘制了CCT曲线。结果表明,当冷却速率低于5 ℃/s时,试验钢的显微组织主要为铁素体和珠光体;冷却速率达到5 ℃/s后开始形成贝氏体;冷却速率达到30 ℃/s时,获得单一马氏体组织。Ti微合金化可降低Ms点,并通过析出Ti(C, N) 相细化奥氏体晶粒,从而获得细小的马氏体板条,产生的析出强化和细晶强化效应提高了试验钢的强度。     

变形条件和冷却速率对低碳含Nb钢的相变及纳米析出的影响

利用Gleeble 3800热模拟试验机,研究了奥氏体再结晶和未再结晶组织对低碳含Nb钢连续冷却转变行为的影响,并对不同变形温度及冷却速率下Nb(C, N)的纳米析出行为进行了研究。结果表明,未再结晶区奥氏体的变形能够为多边形铁素体提供更多的相变形核点,扩大铁素体相变区,并且能够细化铁素体晶粒;相比于再结晶区1050℃单道次变形,未再结晶区的第二道次变形能够促进Nb(C, N)的析出,其中910℃变形时Nb(C, N)的析出量最多,850℃次之;冷却速率的增大能够抑制Nb(C, N)在奥氏体中的析出,但能够促进其在铁素体中析出;对于本试验钢,10℃/s的冷却速率即可抑制Nb(C, N)的析出;Nb(C, N)的析出粒子平均粒径随着冷却速率的增加而减小。     

Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢的连续冷却相变及其组织和硬度

为了掌握Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在连续冷却过程中组织及硬度的变化及其原因,借助JMatPro软件模拟计算了连续冷却转变(CCT)曲线和等温转变(TTT)曲线,采用Gleeble-3800热模拟试验机、金相显微镜、扫描电镜和硬度计等试验手段研究了Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在不同冷却速度下的微观组织和硬度的变化,探讨了冷却速度对组织、硬度及相变行为的影响。结果表明,对Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢进行1050℃和860℃两阶段高温变形后,随着冷却速度由0.1℃/s增加至30℃/s,组织依次为多边形铁素体+珠光体→多边形铁素体+贝氏体→粒状贝氏体→粒状贝氏体+马氏体,硬度由155 HV0.2增加至373 HV0.2。当冷却速度由0.1℃/s增加至3℃/s,硬度的增加主要是由于多边形铁素体晶粒的细化。当冷却速度由5℃/s增加至30℃/s,硬度的增大主要来自于贝氏体组织的不断细化和马氏体含量的不断增加。     

Nb和Nb-Ti系微合金耐候钢的连续冷却转变与形变热模拟

在Gleeble-3500热模拟试验机上对Nb和Nb-Ti微合金耐候钢进行连续冷却转变与形变热模拟试验,观察比较两类钢显微组织、析出相与力学性能;利用TEM观察第二相粒子析出物状态。结果表明:随着冷却速度的提高,组织将由珠光体向贝氏体到马氏体转变。当冷却速度达到5℃/s时Nb微合金钢就发生马氏体转变;而Nb-Ti微合金钢在10℃/s才获得马氏体组织,即马氏体转变延迟。形变热模拟试验中,Nb-Ti微合金钢获得的铁素体更加细小,提高了材料的低温韧性;在TEM观察下,Nb C和(Nb、Ti) C粒子在晶内与晶界上是随机分布的,其中Nb C粒子尺寸大约20 nm,体积分数约为0. 6%,(Nb、Ti) C粒子尺寸大约75 nm,体积分数约为1. 33%; Nb-Ti微合金钢的硬度比Nb微合金钢的硬度值更高,说明粒子体积分数比粒子尺寸对硬度的贡献更大。     

700 MPa级高强度耐候钢过冷奥氏体连续冷却相变行为

采用热模拟试验机研究了添加Ni、Cr、Cu的车厢用微合金化耐候钢的过冷奥氏体连续冷却相变行为,并建立了试验钢的静态和动态CCT曲线。结果表明,在无变形条件下,试验钢在各冷速下均不能获得全铁素体组织,冷却速率为0.2 ℃/s时,室温组织中的铁素体含量最高,为41%,平均晶粒尺寸为36.9 μm;在施加30%变形量的条件下,试验钢在0.2 ℃/s冷速下可获得全铁素体+极少量珠光体组织,平均晶粒尺寸为17.9 μm,具有较好的耐腐蚀能力。当冷却速率在0.2~0.5 ℃/s之间(铁素体+珠光体相变区间),提高冷却速率可以增加试验钢的硬度,在施加30%变形量和0.2 ℃/s冷却速率条件下,试验钢的宏观硬度值达181 HV30。     

铌硼微合金化齿轮钢的晶粒尺寸及淬透性

研究了Nb-B微合金化20CrMoH渗碳齿轮钢的奥氏体晶粒长大规律及微合金化对其淬透性的影响。结果表明,添加0.04%Nb可以有效地细化奥氏体晶粒,并且在1050℃奥氏体化10h无混晶现象。此外,添加0.0008%B能够明显提高钢的淬透性,使淬透性不因晶粒细化及Nb(C,N)析出而降低。     

冷却速率对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变及力学性能的影响

利用OM、EBSD、HRTEM和Vickers硬度计等手段研究了冷却速率对Ti-V-Mo复合微合金钢组织转变、析出相及硬度的影响,阐明了(Ti,V,Mo)C在不同冷却速率下的析出规律及其对显微组织和硬度的作用机理。结果表明,当冷却速率低于20℃/s时,随着冷却速率的增加,析出相平均尺寸由13.2 nm逐渐减小至6.9 nm,铁素体平均晶粒尺寸由5.06 mm逐渐细化至2.97 mm,硬度呈先快速增大而后缓慢增大的趋势,铁素体的细晶强化和(Ti,V,Mo)C的沉淀强化是硬度升高的主要因素;冷却速率为20~30℃/s,其对晶粒细化和沉淀强化的影响效果已趋于饱和,硬度基本保持不变,此时Ti-V-Mo复合微合金钢的硬度具有最大值410 HV,屈服强度高达1090 MPa。Ti-V-Mo复合微合金钢的硬度y与冷却速率x符合指数衰减关系:y=-229exp(-x/5)+412。     

Nb对取向硅钢热轧板中抑制剂析出行为的影响

采用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)研究了Nb对取向硅钢中抑制剂析出行为的影响。结果表明,取向硅钢中的抑制剂不仅有Al N和MnS的细小析出物,还有大量细小的Nb(C,N)析出颗粒,0.050%Nb硅钢热轧板中的析出物的面积密度较大、平均晶粒尺寸较小,且0.050%Nb试样热轧组织中再结晶分数较低,回复和变形组织较多。采用Thermal-Calc软件验证了中温加热的可行性,表明在取向硅钢中加入适当的Nb可降低取向硅钢的加热温度。     

Nb对Ti-Mo微合金钢连续冷却相变规律及组织性能的影响EI北大核心CSCD

利用热模拟试验机、SEM、HRTEM及EDS研究了Ti-Mo和Ti-Mo-Nb低碳微合金钢的连续冷却转变规律,探讨了Nb对Ti-Mo微合金钢组织及性能的影响。结果表明:Nb元素能够提高钢的Ac1和Ac3温度,降低冷却过程中奥氏体的分解温度,缩小铁素体-珠光体相区,使贝氏体相区向左下方移动。此外,Nb的添加能够细化Ti-Mo-Nb微合金钢中的组织,提高硬度。利用HRTEM对冷速为50℃/s的样品进行分析,发现:Ti-Mo和Ti-Mo-Nb微合金钢中均存在少量应变诱导析出的碳化物,分别为(Ti,Mo)C和(Ti,Nb,Mo)C粒子,呈随机分布。2种析出物均为Na Cl型结构,其晶格常数分别为0.432和0.436 nm,平均粒径分别为12.11和8.69 nm。TiMo-Nb微合金钢中析出相体积分数更多,尺寸更小,是其组织细化、硬度提高的主要原因。     

00Cr12NiNbTi不锈钢热轧中析出行为

对00Cr12N iNbTi铁素体不锈钢进行加热、粗轧、精轧及卷取过程的模拟实验,应用扫描电镜、透射电镜、化学相分析及热模拟等方法对试样中析出物进行了定性定量分析。结果表明:加热到1140℃,保温0、45和90 m in后,粒子主要为TiN,Ti的固溶率为66.3%,N的固溶率为1.3%;从粗轧到精轧,微米级的小颗粒减少,大颗粒增多,颗粒平均尺寸由1.8μm增大到3.2μm,有聚集长大现象;在热轧过程中微米级粒子形貌为方形或球形,基本保持稳定;纳米级的(Nb,Ti)C颗粒在精轧阶段开始析出,卷取保温及缓冷至室温过程中大量析出,多分布于晶界及晶内处,在较高温度下卷取会析出较多的纳米级(Nb,Ti)C颗粒。     

超低碳BH钢变形抗力和连续冷却转变热模拟

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对两种超低碳烘烤硬化(BH)钢的变形抗力和动态连续冷却转变进行研究,观察了两种试验钢在不同变形和冷却工艺条件下的热变形和连续冷却转变组织。结果表明,在1100℃、应变速率1s-1时,两种试验钢均发生了动态再结晶,Ti+Nb超低碳BH钢的变形抗力比Ti+V超低碳BH钢高出约20MPa;在900℃、应变速率1s-1时,Ti+Nb超低碳BH钢发生了动态回复,Ti+V超低碳BH钢则未发生动态回复。两种试验钢在相同热变形条件下的组织形貌及晶粒尺寸差别较大。在不同连续冷却速度下,两种试验钢的金相组织均为多边形铁素体,铁素体晶粒均随着冷速的增加而细化。Ti+Nb超低碳BH钢铁素体晶粒较为细小,形状不规则,Ti+V超低碳BH钢铁素体晶粒则较为粗大,形状规则。     

微合金元素Nb,Mo在应变诱导析出过程中的相互作用

运用热模拟技术和透射电子显微镜,研究了C-Mo、C-Ti-Mo和C-Nb-Mo三种简单成分钢奥氏体变形后松弛过程中微合金元素Nb、Mo在析出物中的相瓦作用.结果表明:在850℃变形后松弛1000 s.三种钢均保持了奥氏体状态,但C-Ti-Mo和C-Nb-Mo钢有析出发生,能谱分析显示析出颗粒分别是Ti(C,N)和含Mo的Nb(C,N).微合金元素Mo与Nb有较强的相互作用,在Nb(C,N)析出后,Mo可能溶入Nb(C,N)的析出颗粒之中.     

低碳微合金钢中Nb、V、Ti碳氮化物的回溶研究

采用透射电镜和X射线光谱技术,研究了低碳微合金钢中Nb、V、Ti的碳氮化物在不同温度保温1 h后的回溶行为.结果表明,低碳微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,其中颗粒尺寸较大的在80 nm以上;这种颗粒的心部是(Nb,V,Ti)(C,N)相,而颗粒边缘为(Nb,Ti)(C,N)相;颗粒尺寸较小的在20 nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N).两类析出物中Nb与Ti的原子比均随回溶温度的升高而减小.     

Characterization of NbC and (Nb, Ti)N nanoprecipitates in TRIP assisted multiphase steels

Multiphase steels utilising composite strengthening may be further strengthened via grain refinement or precipitation by the addition of microalloying elements. In this study a Nb microalloyed steel comprising martensite, bainite and retained austenite has been studied. By means of transmission electron microscopy (TEM) we have investigated the size distribution and the structural properties of (Nb, Ti)N and NbC precipitates, their occurrence in the various steel phases, and their relationship with the Fe matrix. (Nb, Ti)N precipitates were found in ferrite, martensite, and bainite, while NbC precipitates were found only in ferrite. All NbC precipitates were found to be small (5–20 nm in size) and to have a face centred cubic (fcc) crystal structure with lattice parameter a = 4.36 ± 0.05 Å. In contrast, the (Nb, Ti)N precipitates were found to have a broader size range (5–150 nm) and to have a fcc crystal structure with lattice parameter a = 8.09 ± 0.05 Å. While the NbC precipitates were found to be randomly oriented, the (Nb, Ti)N precipitates have a well-defined Nishiyama–Wasserman orientation relationship with the ferrite matrix. An analysis of the lattice mismatch suggests that the latter precipitates have a high potential for effective strengthening. Density functional theory calculations were performed for various stoichiometries of NbC_x and Nb_xTi_yN_z phases and the comparison with experimental data indicates that both the carbides and nitrides are deficient in C and N content.     

Nb-V-Ti和V-Ti微合金钢中碳氮化物的回溶行为

采用TEM和EDX技术,研究了低碳微合金钢中Nb,V,Ti的碳氮化物在不同温度保温后的回溶行为.结果表明,Nb-V-Ti微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,较大的析出颗粒平均尺寸在80 nm以上,其心部为(Nb,V,Ti)(C,N),而边部为(Nb,Ti)(C,N),较小的析出颗粒平均尺寸在20 nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N).两类析出物中Nb/Ti原子比均随回溶温度的升高而减小.V-Ti微合金钢中,Ti的存在对V的回溶具有拖曳作用,提高了V的碳氮化物的热稳定性.Nb-V-Ti微合金钢中,由于Nb,V,Ti之间综合作用,使得析出相中V具有更高的热稳定性.     

冷却速度对钒微合金钢的组织和析出相的影响

采用光学显微镜和透射电镜研究了不同冷却速度下钒微合金钢的微观组织和析出相变化规律。结果表明:当冷却速度小于或等于5℃/s时,钢的组织均为铁素体+珠光体,且随着冷却速度的增加,铁素体的晶粒尺寸明显变细。当冷却速度达到10℃/s时,钢的组织变为马氏体+少量铁素体。透射电镜研究显示:平衡态时析出相包含大量弥散分布的尺寸主要为45~100 nm的不规则形V(C,N)相和(V,Ti)(C,N)复合相,当冷却速度小于或等于5℃/s时,析出相数量无明显改变,但颗粒尺寸随冷却速度的增加不断减小;但当冷速达到10℃/s时,析出相的数量显著下降,尺寸变小。对含钒微合金钢而言,调整适当的冷却速度,不仅可以细化铁素体晶粒,还可以提高析出强化效果,从而提高钢材的强韧性。