轧后冷却工艺对海洋平台用钢组织性能的影响

轧后采用空冷、加速冷却和两段式（前段超快冷＋后段加速冷却,简称超快冷）三种冷却模式进行控制冷却,研究了冷却工艺对海洋平台用钢组织性能的影响。结果表明,空冷工艺所得试验钢的组织为多边形铁素体和马氏体,铁素体晶粒内位错密度较低,析出相数量较少,尺寸粗大;加速冷却所得试验钢的显微组织由多边形铁素体、针状铁素体和细小弥散的M/A岛组成,铁素体晶粒较空冷工艺明显细化,位错密度提高,析出物细小弥散;两段式所得试验钢的相变组织主要为针状铁素体,板条明显细化,位错密度进一步提高,析出物细小而数量降低。三种冷却工艺中,空冷工艺所得试验钢的屈强比最低,塑性最好;加速冷却工艺所得试验钢的低温韧性最佳;而采用两段式冷却工艺所得试验钢抗拉强度最高。     

冷却工艺对Ti微合金高强钢组织和性能的影响

采用SEM、TEM、拉伸及冲击试验等方法,对比研究了3种热轧后冷却工艺对Ti微合金高强钢板组织和性能的影响。结果表明,当轧后采用快冷+空冷工艺和空冷弛豫+层流冷工艺时,钢板组织均以粒状贝氏体组织为主,并存在少量珠光体,第二相粒子弥撒分布,尺寸小于10 nm,力学性能良好,且采用后者工艺钢板性能优于前者;当轧后采用快冷+炉冷工艺时,珠光体组织增多,第二相析出量少,尺寸大,综合力学性能较差。     

循环加热.淬火工艺下超细晶奥氏体的晶粒演变特征

分别利用含Nb钢和Nb-V-Ti钢研究了循环加热-淬火工艺下原始组织分别为温轧铁素体/珠光体、温轧回火马氏体以及常规铁素体/贝氏体的热模拟试样在不同循环次数条件下所获得的超细晶奥氏体晶粒的演变特征。研究表明:复合微合金化更有利于该工艺下奥氏体晶粒的超细化,且相比之下以温轧铁素体/珠光体为原始组织更有利于获得超细晶奥氏体,利用这一原始组织在3~4次循环加热-淬火处理后得到奥氏体晶粒尺寸在1~2μm;同样原始组织条件下,单纯添加Nb使得实现最大程度奥氏体晶粒超细化效果所需要的循环加热-淬火次数减少;根据Nb-V-Ti复合微合金钢中析出相粒子的透射及能谱分析发现,V的大量固溶以及Nb的部分溶解很大程度上决定着微合金元素添加对奥氏体晶粒超细化的影响程度。     

纳米SiC参与下亚快速凝固镁合金沉淀相析出行为

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,研究了加入2%纳米SiC的AZ91合金的亚快速凝固及其时效析出行为,揭示了SiC对快冷镁合金中晶粒细化与沉淀相形成的影响。结果表明,采用铜模激冷和添加SiC可有效促进镁合金晶粒细化,降低溶质偏析,抑制晶界离异共晶β相。经200℃×2h时效,由于SiC提高了快冷合金中的位错密度和晶格畸变能,沉淀相以不连续颗粒状形式沿晶界析出,原始过饱和固溶体中溶质含量下降。当时效时间延长到16h,原子扩散充分,合金中出现不连续析出和连续析出共存模式,其中前者形成垂直于晶界分布的长条状沉淀相,后者在晶粒内部形成无方向性的颗粒或短棒状沉淀相,并导致合金基体硬度显著提高。     

快速退火对冷轧超低碳钢组织和性能的影响

采用OM、SEM、EBSD和单轴拉伸方法,从某冷轧超低碳钢的显微组织、晶粒尺寸分布、晶粒取向和力学性能4个方面对比分析了常规退火工艺(低温长时间)与快速退火工艺(高温瞬时)。结果表明,冷轧超低碳试验钢在650℃快速退火15 s时,屈服强度和抗拉强度分别为445.38 MPa和494.07 MPa,相比常规退火试样性能(屈服强度为274.35 MPa,抗拉强度为388.99 MPa)得到明显提升,同时还保证了24.7%的伸长率。造成常规退火与快速退火试样性能差异的主要原因是晶粒细化与典型的γ取向,其中晶粒细化占主导地位。快速退火具有明显的细晶强化作用,但同时恶化加工硬化能力,从而导致伸长率下降。快速退火会抑制第二相颗粒的析出,且细化第二相颗粒。快速退火试样呈典型的γ取向,更有利于提高轧向性能,但常规退火试样为近γ取向,所以取向的影响较小。     

高温变形后冷却工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响

结合工业生产实际对高碳铬轴承钢GCr15高温变形后的冷却工艺进行研究,通过光学显微镜、扫描电镜对不同冷却方式后其微观组织形貌以及性能进行分析。结果表明:通过超快速冷却工艺的应用,提高冷却速率,确保其终止冷却温度高于马氏体相变温度,可以使高碳铬轴承钢在高温变形后的冷却过程中快速通过过共析碳化物析出温度区消除其晶粒边界网状析出,得到理想的球化退火预备组织——片层珠光体;随着停止超快速冷却后返温温度的降低,珠光体片层间距和晶粒直径减小,显微硬度增大,达到细化晶粒的目的。     

SiC颗粒参与下快冷镁合金异质形核与高温晶粒长大

采用铜模喷铸与高温退火相结合,研究快冷AZ91+Si C合金组织细化与高温晶粒长大,揭示Si C颗粒对亚快速凝固镁合金异质形核及热稳定性的影响。结果表明:Si C可促进亚快速凝固过程中异质形核,阻碍凝固界面迁移,显著细化喷铸合金组织。400℃等温退火后,组织从枝晶向等轴晶转变并发生明显晶粒长大,快冷AZ91合金保温8 h后平均晶粒尺寸达78μm。添加2%Si C后,晶粒长大得到有效控制,8 h退火处理后平均晶粒尺寸仅为22μm。Si C的存在提高了基体中晶格畸变,退火组织中析出层片状与粒状共存的沉淀相。晶粒细化及Si C的添加提高了快冷镁合金显微硬度。随退火时间延长,合金硬度下降。沉淀相的析出导致AZ91+2%Si C合金硬度增加,最高可达111HV,比AZ91合金的硬度提高63.2%。     

终锻温度对Nb-V-Ti微合金非调质钢显微组织和冲击韧性的影响

对比研究了经控锻-控冷处理的V-Ti和Nb-V-Ti微合金非调质钢的显微组织和力学性能。结果表明,Nb-V-Ti复合微合金化和控锻-控冷处理能有效细化组织,改善珠光体形态,促进V(C,N)相析出,提高非调质钢的冲击韧性。添加Nb显著提高抗奥氏体晶粒粗化温度,使细小碳氮化物弥散分布。与传统控锻-控冷工艺相比,850~900℃再结晶-未再结晶控锻-控冷工艺,使珠光体片碎化及部分球化,是导致V-Nb-Ti非调质钢冲击韧性提高的主要原因。     

离心对ZCuSn3Zn8Pb6Ni1FeCo合金析出相行为的影响

采用真空熔炼-离心铸造工艺制备出ZCuSn3Zn8Pb6Ni1FeCo合金试样。利用专用图像分析软件确定试样的晶粒度,并通过光学显微镜、TEM等分析手段,研究了离心对析出相行为的影响。结果表明:与常规铸造工艺相比,离心铸造使得平均晶粒直径由88～125μm降低到44～62μm,晶粒细化明显;析出相分布呈双峰分布,与非离心相比,离心条件下粗大析出相明显细化,细小析出相变化不大,且与基体间保持共格或半共格关系;离心压力对金属组织性能的影响主要原因是离心压力降低了临界晶核形核功,提高了扩散激活能,使晶粒细化。     

超快冷对X70管线钢组织和性能的影响

采用MMS-300热/力模拟试验机研究了无Mo和含Mo管线钢X70不同冷却条件的动态相变行为并绘制了试验钢的动态CCT曲线。结合实验室轧制和冷却试验,研究了超快冷和层流冷却条件下两种成分X70管线钢的组织演变和力学性能。结果表明:随着冷却速度的增大,无Mo管线钢X70的组织构成为多边形铁素体+珠光体、多边形铁素体+针状铁素体、针状铁素体;含Mo管线钢X70的组织构成为多边形铁素体+针状铁素体、针状铁素体;Mo抑制了多边形铁素体和珠光体相变的发生。对于无Mo管线钢X70,层流冷却工艺所得到的组织有约40%的准多边形铁素体;超快冷工艺所得到的组织为针状铁素体,有利于提高X70管线钢的强韧性。超快冷工艺使晶界取向差大于15°的有效晶粒尺寸得到了细化,无Mo管线钢X70的强韧性略高于层流冷却条件下含Mo管线钢X70。超快冷条件下含Mo管线钢X70组织更细小,力学性能可满足X80管线钢的要求。     

非调质钢36MnVS6轧后控冷对组织与性能的影响

研究了冷却速度对微合金非调质钢36MnVS6钢组织、强度以及冲击性能的影响。结果表明:轧后冷却速度直接影响铁素体+珠光体的晶粒度和组织强度。提高冷却速度有助于加速铁素体形核,实现晶粒细化。冷却速度控制在1.5℃/s得到细化的铁素体+珠光体组织,铁素体不仅沿奥氏体晶界析出,同时在奥氏体内析出形成晶内铁素体组织,随后析出的珠光体团也得到充分细化。冷却速度继续提高到2.0℃/s形成铁素体+珠光体+贝氏体组织,冲击性能降低。最佳的冷却速度控制在1.5~2.0℃/s。     

微合金非调质钢36MnVS6轧后控冷对组织性能的影响

研究了冷却速度对微合金非调质钢36MnVS6钢组织、强度以及冲击性能的影响。结果表明：轧后冷却速度直接影响铁素体+珠光体的晶粒度和组织强度。提高冷却速度有助于加速铁素体形核,实现晶粒细化。冷却速度控制在1.5 ℃/s得到细化的铁素体+珠光体组织,铁素体不仅沿奥氏体晶界析出,同时在奥氏体内析出形成晶内铁素体组织,随后析出的珠光体团也得到充分细化。冷却速度继续提高到2.0 ℃/s形成铁素体+珠光体+贝氏体组织,冲击性能降低。最佳的冷却速度控制在1.5~2.0 ℃/s。     

超快冷工艺对高强船板组织与性能的影响

通过拉伸性能和冲击韧性试验及显微组织观察分析了厚板生产线控制轧制(CR)后采用超快冷(UFC)和层流冷(AcC)两种冷却工艺对AH32高强船板力学性能、焊接热影响区(HAZ)冲击韧性和显微组织的影响。结果表明,与AcC钢板相比UFC钢板性能明显提高,其屈服强度提高54 MPa且塑性不恶化,-60℃冲击功达到260 J以上,韧脆转变温度大幅降低。UFC使钢的显微组织明显细化,晶粒尺寸达到11.5级,且厚度方向显微组织更均匀,而AcC钢晶粒尺寸为9.5级。UFC对钢的焊接热模拟试样冲击韧性没有明显影响。用铁素体(α)形核动力学和Hall-Petch效应分析了晶粒细化机理及对强韧性影响。UFC降低了奥氏体(γ)转变温度,提高了α形核速率而细化了铁素体晶粒,同时也细化了贝氏体和珠光体,明显提高了钢的力学性能。     

2024-T4铝合金水下搅拌摩擦焊接研究

分别在空气和循环水冷条件下对2024-T4铝合金板进行搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW),研究了水冷介质对FSW接头组织性能的影响.结果表明:循环水冷介质具有明显的瞬时快冷作用,水冷介质下FSW可以显著细化晶粒,并抑制焊核区析出相的生长,焊核区的平均晶粒尺寸达到700 nm,析出相尺寸达到30～200 nm.水冷介质减弱了FSW接头的热软化效应,改善了接头的组织和性能,使焊核区HV显微硬度值提高了234 MPa,接头抗拉强度提高了52.2 MPa,但试样延伸率有所下降.     

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通过采用扫描电镜、透射电镜及电子能谱等分析测试技术,研究了高铌管线钢的显微组织特征和析出相种类、大小及形态.结果表明,采用控轧控冷工艺(TMCP)生产的高铌管线钢具有细化的显微组织和多种类型的析出相,显微组织主要为高位错密度的针状铁素体、少量多边形铁素体和MA岛;第二相粒子主要包括板坯再加热过程中未溶解的TiN、以TiN为核心的高温析出NbC、形变诱导析出的NbC和低温弥散析出的细小NbC.细化的有效晶粒尺寸,以及高密度位错与弥散析出相间的交互作用,确保了高铌管线钢获得高的强度和韧性.     

铜模喷铸AZ91+0.75Ce合金快冷组织及其热稳定性

采用铜模喷铸制备了AZ91+0.75Ce快冷合金,研究了热处理温度及保温时间对合金非平衡组织热稳定性的影响.结果 表明:铜模喷铸显著降低了镁合金的晶粒尺寸及二次枝晶间距,抑制了晶界β相形成并有效改善了A1-Ce稀土相形貌.经320℃时效处理后,快冷合金的晶界处优先形成不连续析出β相,其体积分数随时效时间的延长而增加,同时晶粒内部形成细小弥散的Al-Ce相.当时效温度升高到370℃时,快冷合金中初生α-Mg相形貌由枝晶转变为细小多边形,β相体积分数显著下降.由于Al-Ce析出相对高温晶粒生长的钉扎效应,快冷合金细晶组织的热稳定性得到提高.由于细晶强化和固溶强化的综合影响,快冷合金显微硬度为103 HV0.2,相比铸态合金提高了43％.经320℃时效处理8h后,晶界的不连续析出β相及晶内连续析出的Al-Ce相导致合金硬度增加到129 HV0.2,相比原始快冷合金提高了25.2％.     

固溶工艺和纳米SiC添加对快冷AZ91镁合金组织及性能的影响

采用铜模喷铸快冷法制备了添加纳米SiC的AZ91镁合金试样,研究不同固溶工艺对其组织及性能的影响。结果表明:铜模激冷与纳米SiC的添加可共同促进快冷镁合金的凝固组织发生细化,形成细小均匀的粒状晶形貌。经320℃等温处理8 h后,快冷AZ91+2 mass%纳米SiC合金发生不完全固溶现象,晶界处存在大量β-Mg_(17)Al_(12)相,同时晶粒内部形成弥散分布的沉淀析出相。随固溶温度提高,原子扩散速率的增加有利于β相向α-Mg基体中溶入,经370℃/4 h等温热处理后固溶效果明显,非平衡凝固组织基本转变为多边形等轴晶形貌。当固溶温度进一步升高到400℃时快冷镁合金中可获得单相固溶体组织,同时纳米SiC的存在有效提高了细晶组织的热稳定性,快冷合金的平均晶粒尺寸仅为9μm,高温晶粒长大行为得到有效抑制。     

外加纳米陶瓷颗粒细化管线钢组织的评述

提出了非金属夹杂物细化晶粒的基本理论,论述了内部析出和外部加入两种在钢中形成细小第二相粒子的方法。由于目前常见的固相线以下形成的细小弥散的第二相非金属夹杂物颗粒或控轧控冷等技术均不能有效解决管线钢焊接热影响区(HAZ)晶粒粗大化问题,直接从液相中析出非金属夹杂物颗粒又有对钢液质量要求高和颗粒析出尺寸不易控制的问题。因此,采用适当的工艺向钢液中添加细小且能在钢液中稳定存在的纳米颗粒,分布于基础相晶内或晶界之上,可望成为解决上述问题的有效途径。     

超快冷处理低合金Q345B钢的折弯开裂失效分析与对策

利用扫描电镜对超快冷工艺生产的Q345B钢弯曲失效开裂的断口形貌、显微组织和钢中的夹杂物进行了分析。结果表明,Q345B钢中存在超标的大尺寸夹杂物诱发了弯曲变形过程中裂纹的萌生,而超快冷工艺产生的网状渗碳体和粒状贝氏体硬相组织降低了Q345B钢的塑性和韧性,促进了裂纹的扩展。通过延长LF工序精炼时间和控制超快冷工艺冷却速度及提高终冷温度,使钢中夹杂物尺寸大大降低,显微组织转变为铁素体和珠光体组织,从而提高了Q345B抗弯曲性能。     

Ce及铜模快冷对AZ91合金组织及热稳定性的影响

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,对比研究不同冷速及固溶处理条件下稀土Ce在AZ91镁合金中的存在形式及稀土相的演变行为,揭示Ce对快冷镁合金组织的细化及热稳定性的影响。结果表明,稀土Ce在凝固界面前沿富集,抑制晶粒生长并促进形核,导致镁合金组织细化,但含量过高时会形成针状Al_(11)Ce_3相,降低成分过冷,不利于组织细化。由于过冷度的增加及凝固潜热对形核抑制影响的减弱,铜模喷铸镁合金晶粒细化显著,并且过饱和固溶体的形成可有效避免针状稀土相的形成。经420℃固溶处理后,颗粒状Mg_(12)Ce化合物的析出可有效抑制高温晶粒长大,提高快冷镁合金细晶组织的热稳定性。