高强度油井套管钢偏析与含Nb析出相研究

摘要：点状偏析是连铸坯中的常见半宏观缺陷之一，严重影响后续产品的加工性能和服役性能。点状偏析的形成与枝晶形貌以及凝固末期钢液流动有关，经热轧会遗留至管材中变成带状偏析，两者在成分和位置上存在一致性。热力学计算分析表明,该钢种圆坯点状偏析内存在富Nb碳化物，该析出相是凝固过程中分散型剩余液相溶质偏析的产物。通过SEM观察到，在常规加热过程中该富Nb碳化物并不能完全回溶，在管材带状偏析处仍然可以发现未溶碳化物的存在。     

Nb对取向硅钢再加热过程组织演变和第二相粒子析出的影响

准备了Nb含量不同的试样,利用超高温激光共聚焦显微镜、扫描电镜研究了Nb对铸态取向硅钢再加热过程中组织演变和第二相粒子析出行为的影响。研究结果表明:铸态试样中的夹杂物以Al_2O_3为核心的复合夹杂物为主。在再加热铸态试样冷却过程中,首先析出的相是MnS,含Nb试样还析出了大量的Nb(C,N)。Nb的添加能够有效增加第一析出阶段第二相粒子的析出数量,有效增强第二相粒子的抑制能力。同时,Nb的添加能够有效改善铸坯再加热组织的均匀性,为后续的热处理提供有利条件。     

X70管线钢中含Nb相的析出行为

以首钢生产的某X70管线钢成分为基础,利用Thermo-Calc软件计算了不同温度下钢中析出相的组成、相的析出温度及Nb元素的析出规律,研究了钢中Nb和C含量对Nb析出规律的影响,利用热模拟和扫描电镜等手段分析了钢中Nb合金相的析出温度.结果表明,平衡态下该X70管线钢中的析出相主要为Ti、Nb的碳氮化物、合金渗碳体、Ti₄C₂S₂、MnS、AlN、M₇C₃和Mo碳化物.Nb析出相主要以Nb和C元素为主,其中固溶Ti和N元素.随Nb和C含量的增加,Nb合金相的析出温度升高,在同一温度下Nb的析出量增加.     

Nb和Nb-V微合金化钢位错亚结构强化的X射线研究

利用常规X射线线形分析方法,测量了Nb和Nb-V微合金化钢板材的横向(x),纵向(y),和轧面法向(z)三个方向的相干散射区尺寸。证实本实验所用钢种经控轧后的位错胞近似呈椭球形。根据孙福玉等人提出的关于控轧钢屈服强度理论估算公式中所规定的原则,并考虑位错分布组态对强化效果的影响,位错亚结构强化效应可表示为K_DR_ZD(?)~(-1/2)。对本实验钢种,位错亚结构强化系数K_d≈1。     

亚共析钢复相组织中铁素体晶粒尺寸测定方法

亚共析钢复相组织主相的晶粒尺寸主要采用金相法和扫描电镜 EBSD 法。其中,金相法可以测量晶粒尺寸并对其评级,定量测量过程需要手动完成;扫描电镜 EBSD 法可对经过电解抛光的试样进行晶粒尺寸的自动测量,借助两相花样质量的差异,实现对铁素体+珠光体复相组织中铁素体晶粒的自动统计。     

控轧控冷工艺对Nb-V钢的组织性能析出行为的影响

采用光学，电子显微技术和力学分析等方法，系统地研究了不同控轧控冷条件对铌钒复合微合金化低碳热轧钢板的组织和性能的影响规律，提出了较佳的控轧控冷工艺参数，研究结果对开发高强度船体用钢板具有参考价值。     

HP40Nb炉管焊缝组织在时效处理中的碳化物析出研究

规格为ф125×11mm的HP40Nb炉管,采用手工TIG平焊(水平位置,管子匀速转动)。打底焊采用英国Metrode公司生产的20.70Nb焊丝,填充焊时采用安泰科技股份公司生产的25-35Nb焊丝。本文通过OEM、XRD、EPMA等分析手段研究了HP40Nb炉管焊接接头在1050℃不同时间的时效处理中,其焊缝组织中的碳化物析出行为。研究结果表明:沿晶界析出的碳化物为Cr23C6和Nb C,碳化物Cr23C6呈网链状,且碳化物Cr23C6和Nb C沿着晶界相互混合。     

Nb对转K2弹簧钢中MX析出相的影响

采用Thermo-Calc热力学软件,对转K2弹簧钢在400~1600℃存在的平衡析出相及Nb、V在奥氏体相中的固溶规律进行了计算,探讨了各合金元素含量对析出相析出规律的影响,并利用碳萃取复型与透射电镜(TEM)分析了Nb含量对析出相的影响.结果表明:转K2弹簧钢中平衡析出相主要为MX、M₇C₃、M₃C₂和AlN;Nb能显著提高MX相的稳定性.TEM分析表明,析出相尺寸变化范围为几纳米到100纳米以上,形态多呈近似球形或圆片状;随Nb含量增加,从低温铁素体中析出的细小颗粒所占比例显著增大,未溶解碳氮化物比例也有所增大,总体而言析出相平均颗粒尺寸得到细化;大颗粒析出相为富Nb的碳化物,而小颗粒为富V的碳化物,这与热力学计算结果相一致.     

亚共析钢中魏氏组织形态的研究

本文用各种不同的加热温度和不同的冷却方式,对20A深冲弹钢中出现的各种铁素体形态进行了光学金相和电子金相的观察,经过分析表明,在含碳量一定的低碳钢中,铁素体的形态和冷却方式,冷却速度有关,并且这些形态大都符合Dubè所作的分类。本文根据铁素体片的形态讨论了它的形核和长大的机构学。     

变形温度对0.05C-0.13Nb钢组织和析出物的影响

用Gleeble-1500D热模拟试验机和电子显微镜研究了在950～750℃不同温度下变形50％后0.05C- 0.13Nb钢的组织和析出相。结果表明,随变形温度由950℃下降至750℃,0.05C-0.13Nb钢中多边形铁索体含量(体积分数)由20％增至80％,多边形铁素体晶粒尺寸由9μm降至4μm;变形后的组织由多边形铁索体、粒状贝氏体和1～3μm马氏体/奥氏体岛组成;钢中的析出物为1～10 nm的Nb(C,N),随变形温度降低析出物数量增加。     

高Ti-Q550钢中Nb、Ti第二相的析出行为

 采用Thermo-Calc软件、热模拟及扫描电镜研究高Ti-Q550钢中微合金的析出规律。采用Thermo-Calc软件计算不同温度下Nb、Ti的析出规律,钛含量对钢中Nb、Ti析出规律及A3的影响。采用热模拟和扫描电镜研究钢中铌相的析出温度。计算结果表明,钛相的析出温度为1498℃,铌相析出温度为1251℃;随着钢中钛含量的增加,(Nb,Ti)C相析出温度和A3温度升高,但铌在钢中的固溶量降低;当钛的质量分数小于0. 08%时,Ti(N,C)相析出温度随钛含量增加而升高,但当钛的质量分数大于0. 08%时,相析出温度基本不变,钛在钢中的固溶量随钛含量增加而增加。     

7050合金淬火析出相的脱溶析出行为研究

采用事温水作为淬火介质进行Jominy末端淬火实验,采集了合金淬火过程试样的温度-时间变化曲线,测定了末端淬火试样距淬火端不同距离合金的淬火态电导率和硬度,结合透射电镜组织观察,研究了冷却速率对合金过饱和固溶体脱溶析出的影响,通过观察淬火析出相非均质形核,考察了7050合金过饱和固溶体淬火脱溶析出相的析出规律.结果表明,淬火冷却速率对7050合金的过饱和固溶体的脱溶析出行为有着显著影响.末端淬火实验过程中,合金过饱和固溶体大角晶界、小角晶界、晶内弥散相周围分别在距淬火端5,10和15 mm出现淬火析出相.随着距淬火端距离的增加,淬火态合金导电率呈上升趋势,合金淬火析出相尺寸变大,体积分数增加.合金淬火平衡η相的非均质形核核心的优先次序为:晶界、亚晶界、A国<,3>Zr等纳米级弥散相粒子.     

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。     

1000MPa级高强钢显微组织与析出相分析

利用金相显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等分析手段,对1 000 MPa级高强钢的显微组织与析出相进行了研究。结果表明,试验钢的显微组织为板条状贝氏体和板条状马氏体,并存在少量残余奥氏体。大量析出相分布在基体上,平均尺寸30～60 nm,组织强化、析出强化、位错强化是高强钢主要的强化方式。     

Nb、V微合金化对高强管线钢相析出及强度的影响

利用扫描电镜、背散射电子衍射和透射电镜等表征方法,系统研究了微合金元素Nb和V对高强度管线钢组织结构与力学性能的影响。结果表明：在热机械控制工艺态,两种材料均为铁素体+贝氏体两相组织,Nb添加实验钢析出相数量高于V添加实验钢;在调质态下,两种样品的组织均为细小的贝氏体铁素体,均达到高强度管线钢X80的力学性能要求;与Nb元素相比,V的添加能使实验钢在回火过程中析出更加细小、弥散的碳化物,V适合用于热处理态材料的生产。Nb、V两种微合金元素对材料基体组织的影响没有显著性差异,Nb的晶粒细化效果优于V,V的沉淀强化效果优于Nb。     

La对微合金钢中奥氏体组织与析出相的影响

以添加La和未添加La的Nb-Ti微合金钢为研究对象,利用金相显微镜分析了加热过程中奥氏体晶粒的长大情况,采用Gleeble-1500D型热模拟机进行热变形实验,在透射电镜下进行析出相形貌观察与能谱分析,并结合硬度测试结果,探究了La对实验钢中奥氏体组织与析出相的影响。结果表明,随着保温时间的增加,奥氏体晶粒逐渐长大,添加La的实验钢奥氏体晶粒长大较快,显微硬度较低。变形过程中,含La实验钢在奥氏体区的碳化物析出相得到了细化,析出物数量减少。     

亚共析钢共析渗碳体相的快速球化

从奥氏体晶粒尺寸能够影响共析相变产物中渗碳体形状为基本出发点,研究了初轧－精轧两段式轧制中的精轧过程,以使奥氏体晶粒细化,生产时,将精轧至要求尺寸的钢材迅速送入轧机终端待料保持的退火炉中,进行短时间低于临界温度的退火,可获得渗优良球化,能承受大的冷塑性变形而不开裂的优良性能。     

稀土对共析钢组织转变的影响

以共析钢为研究对象,研究了稀土对共析钢组织转变的影响。含量为0.0145%的稀土可显著减小共析钢轧态珠光体球团尺寸和珠光体片层间距,含量为0.0410%的稀土可增大珠光体球团尺寸和珠光体片层间距;冷却速度≤1℃·s-1时,共析钢在连续冷却过程中只发生珠光体转变,并且含量为0.0145%的稀土可以细化相变后珠光体组织,减小珠光体片间距。     

X80管线钢中Nb元素析出规律的研究

采用热力学模型计算了X80管线钢在不同温度下的相组成,相析出温度及Nb元素的析出规律;研究不同Nb含量对A3温度、各相析出温度和Nb析出规律的影响。计算结果表明,X80管线钢平衡态的析出相主要为Ti,Nb的碳氮化物、合金渗碳体、MnS、AlN、M7C3和Mo的碳化物。随Nb含量的增加,A3温度升高,Nb析出相的析出温度升高,而AlN相析出温度降低;在同一温度下Nb元素的析出量随Nb含量增加而升高。