THE NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量(晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度)。试验表明,这种偏聚具有如下特征: 在偏聚晶界的两侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可以抑制这种偏聚。冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显地析出硼相,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与晶界平衡偏聚预言相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。 通过试验,论证了淬火钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚现象。     

硼向奥氏体晶界的非平衡偏聚

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量(晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度)。试验表明,这种偏聚具有如下特征: 在偏聚晶界的两侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可以抑制这种偏聚。冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显地析出硼相,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与晶界平衡偏聚预言相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。通过试验,论证了淬火钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚现象。     

微合金钢高温热塑性低谷区硼的偏聚

利用径迹显微照相技术研究了2.25Cr-1.0Mo钢以15℃/s从1320℃冷却到1000、900、800℃等温10s时硼的分布,讨论了硼的偏聚对含硼低碳钢热塑性的影响.结果表明,从高温冷却到各实验温度时,硼偏聚到奥氏体晶界,在900℃左右偏聚量最大.含硼0.00075 wt%样品晶界与晶内均未出现明显的含硼析出,含硼0.0035 wt%的样品冷却到900℃和800℃时,时,晶界与晶内出现少量含硼析出物.含硼0.0081 wt%的样品,在1000℃时,晶界和晶内均已出现大量含硼析出物,随着温度的降低,含硼析出物增多,冷却到800℃时,偏聚到晶界的硼多数已析出.分析表明添加硼后,硼偏聚到奥氏体晶界,抑制了晶界处铁素体的形核,提高了含硼钢的热塑性.     

超快速冷却条件下亚共析钢中纳米级渗碳体析出的相变驱动力计算

根据KRC和LFG模型提出的Fe-C合金的奥氏体相变机制,系统地计算了过冷奥氏体的相变驱动力,从热力学的角度分析了过冷奥氏体分解生成纳米级渗碳体颗粒的可能性,并且在热轧后超快速冷却的条件下,发现热轧亚共析钢的组织中存在大量纳米级渗碳体弥散分布的区域,渗碳体的尺寸在十到几十纳米,实现了在无微合金元素添加的条件下渗碳体的纳米级析出.此外,在过冷奥氏体组织中先共折铁素体附近存在大量的富C区,根据平衡浓度计算,局部C的摩尔分数可达到0.04—0.08,这部分高浓度的奥氏体分解析出纳米级渗碳体的倾向性更大.     

连铸板坯角横裂纹的形成机理及控制措施

板坯角横裂纹是在钢的第Ⅲ脆性区产生的一种沿晶开裂。在第Ⅲ脆性区温度范围内,在奥氏体晶界铁素体薄膜的析出(晶界析出)弱化了晶界,或由于碳氮化物等的析出,在奥氏体晶界附近形成无析出区(晶界滑移)导致的晶界脆性,当铸坯在该温度区间受到弯曲、矫直或0号段错位等拉应力作用后产生的裂纹。奥氏体晶粒越粗大和奥氏体晶界越弥散细小的析出,越容易产生裂纹。保证连铸机设备精度和制定合适的连铸生产工艺参数是消除铸坯角横裂纹的根本方法。     

冷却速度对奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N组织与凝固模式的影响

利用控制冷却速度的凝固实验,研究连铸坯奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N不同冷却速度下的组织和凝固模式.结果表明,缓慢冷却时,显微组织为奥氏体基体上分布着蠕虫状残留铁素体;其凝固模式为全部液相先析出δ铁素体,随后通过固相转变形成奥氏体基体.较高冷却速度时,奥氏体组织有两种形态,一是分布着侧板条残留铁素体的奥氏体,二是圈状的分布在第一种奥氏体晶界的单相奥氏体.分析发现,冷却速度的增加使凝固模式发生如下变化:大部分液相先析出δ铁素体,随后固相转变为奥氏体;剩余液相直接转变为奥氏体.同时发现,氮含量的增加可以减小奥氏体晶粒尺寸.     

利用APT研究铁素体时效钢中富Cu相和碳化物的偏析行为

铁素体时效钢样品经过880℃水淬、660℃调质处理,然后400℃时效4000 h后,利用三维原子探针层析技术(APT)研究了时效钢中晶界和基体中富Cu析出相和碳化物的偏析行为。结果表明:分析区域中Mn、Ni、Mo、C和Cu元素更容易在晶界处偏聚,形成富Cu团簇和碳化物,晶界处的纳米富Cu相为短棒状,其尺寸大小约为6 nm,团簇中的Cu原子含量为40at%。基体中的纳米团簇近似为球状,其尺寸和团簇中的Cu原子的数量密度都比晶界处小。在晶界处析出的富Cu团簇在碳化物之间,形成一种"夹层结构"。此外,富Cu团簇内部有Mn和Ni原子的偏聚,促进富Cu相的析出。     

硼在钢中的分布

采用经过改进的核反应产物粒子径迹照相技术,研究25MnTiBR钢中硼的分布状态及其对钢的淬透性的影响。试验结果表明,硼的平衡偏聚在高温奥氏体化时消失;硼钢在淬火过程中产生的晶界偏聚是一个非平衡的动力学过程。随奥氏体化后,淬火温度升高使偏聚程度增加,以及在其附近出现贫硼区,是晶界非平衡偏聚的显著特征。在25MnTiBR钢中加入0.4%稀土金属,在一定温度范围内有显著阻碍硼向奥氏体晶界偏聚的作用。这可能主要是由于稀土元素在此温度范围内存在有平衡偏聚的结果;硼和稀土元素在奥氏体晶界偏聚,以一定程度互相配合,对提高钢的淬透性是有利的。     

THE DISTRIBUTION OF BORON IN STEEL

采用经过改进的核反应产物粒子径迹照相技术,研究25MnTiBR钢中硼的分布状态及其对钢的淬透性的影响。试验结果表明,硼的平衡偏聚在高温奥氏体化时消失;硼钢在淬火过程中产生的晶界偏聚是一个非平衡的动力学过程。随奥氏体化后,淬火温度升高使偏聚程度增加,以及在其附近出现贫硼区,是晶界非平衡偏聚的显著特征。 在25MnTiBR钢中加入0.4％稀土金属,在一定温度范围内有显著阻碍硼向奥氏体晶界偏聚的作用。这可能主要是由于稀土元素在此温度范围内存在有平衡偏聚的结果;硼和稀土元素在奥氏体晶界偏聚,以一定程度互相配合,对提高钢的淬透性是有利的。     

直接热装轧制的X60微合金钢连铸坯红送裂纹形成机制的研究

通过对热装、热送过程中连铸坯组织转变的热模拟研究,结合凝固过程中微合金元素第二相的析出行为和热应力变化,研究了X60微合金钢红送裂纹的形成机制。结果表明,X60微合金钢连铸坯不同的热装、热送方式会导致显著不同的铸坯组织和析出物形态,从而显著影响在再加热过程中铸坯红送裂纹的产生。X60微合金钢红送裂纹是在组织转变、微合金元素第二相析出和热应力三者的共同作用下形成的。组织转变过程中沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体膜,在降低铸坯高温塑性的同时,也促进了第二相沿奥氏体晶界的析出。再加热过程中,先共析铁素体膜的减薄与第二相在晶界的偏聚和固溶间隙,导致了铸坯高温塑性的降低,从而显著增加了形成红送裂纹的可能性。连铸坯再加热至850℃的过程中产生的峰值应力是形成红送裂纹的主要原因。     

THE AGING EMBRITTLEMENT OF Cr-Mn-N AUSTENITIC HEAT-RESISTING STEELS

Cr-Mn-N奥氏体耐热钢在时效过程中有变脆的倾向,可能成为高溫长期使用的障碍.本文研究了下列三方面变脆的影响因素:(1)碳和氮含量的增加,促进时效变脆,硼防止时效变脆的作用随C+N含量的增加而減弱.在时间-溫度-等冲击值曲线上出现双C形式,它们与碳氮化物的析出和χ相生成有关.(2)碳、硼及钼等元素在晶界有偏聚现象.碳、钼等元素的偏聚促进沿晶界碳化物析出,加速钢的变脆.硼则有延缓晶界碳化物析出的作用,抑制时效脆性.(3)在长期时效过程中,碳氮化物及中间相的析出引起基体合金元素的贫化,从而降低γ相的稳定性,在形变过程中发生ε及马氏体相变,也会引起钢的变脆.     

鉻-錳-氮奥氏体耐热鋼的时效脆性

Cr-Mn-N奥氏体耐热钢在时效过程中有变脆的倾向,可能成为高溫长期使用的障碍.本文研究了下列三方面变脆的影响因素:(1)碳和氮含量的增加,促进时效变脆,硼防止时效变脆的作用随C+N含量的增加而減弱.在时间-溫度-等冲击值曲线上出现双C形式,它们与碳氮化物的析出和χ相生成有关.(2)碳、硼及钼等元素在晶界有偏聚现象.碳、钼等元素的偏聚促进沿晶界碳化物析出,加速钢的变脆.硼则有延缓晶界碳化物析出的作用,抑制时效脆性.(3)在长期时效过程中,碳氮化物及中间相的析出引起基体合金元素的贫化,从而降低γ相的稳定性,在形变过程中发生ε及马氏体相变,也会引起钢的变脆.     

硼钢淬透性与硼向奥氏体晶界的偏聚

用改进的径迹显微照相技术研究了50B钢800—1150℃顶端淬火试样中硼分布状态的变化规律及其与硼钢淬透性的关系。试验表明,硼钢淬透性的变化与冷却时硼向奥氏体晶界偏聚的发展速度密切相关。由硼的成分剖面图可定量测定出这种偏聚的发展速度。晶界硼偏聚发展过快或过慢均不利于硼提高淬透性的效应。只有当晶界硼偏聚的发展速度与基体成分相变孕育期相配合时,硼才能发挥最大效应。利用这种观点可以说明硼钢淬透性的变化特征,分析影响硼钢淬透性的各种因素。     

共析钢的过冷奥氏体动态相变和组织超细化

通过在Gleeble-1500热模拟试验机上进行单轴热压缩实验,研究了共析钢中过冷奥氏体在A1-Ar1之间变形时的组织演变,探讨了共析钢中复相组织球化超细化的机理.结果表明:随着应变量的增加,片层珠光体在原始奥氏体晶界形成的铁素体生长前沿形核长大,并向原始奥氏体晶内推进,直至相变完成.片层珠光体生成后继续变形,发生渗碳体的溶断和球化,及铁素体的动态回复再结晶等轴化等过程.渗碳体的球化有两种机制,其一是由于Gibbs-Thomson效应,珠光体中片层状渗碳体发生溶断和球化,生成的大颗粒渗碳体主要分布在铁素体晶界;其二是纳米级渗碳体粒子伴随铁素体动态再结晶在晶内重新析出.实验证实,在合适的变形工艺条件下可以得到亚微米级铁素体与亚微米、纳米级颗粒状渗碳体的双相组织.     

THE HARDENABILITY OF BORON STEEL AND THE SEGREGATION OF BORON

用改进的径迹显微照相技术研究了50B钢800—1150℃顶端淬火试样中硼分布状态的变化规律及其与硼钢淬透性的关系。试验表明,硼钢淬透性的变化与冷却时硼向奥氏体晶界偏聚的发展速度密切相关。由硼的成分剖面图可定量测定出这种偏聚的发展速度。 晶界硼偏聚发展过快或过慢均不利于硼提高淬透性的效应。只有当晶界硼偏聚的发展速度与基体成分相变孕育期相配合时,硼才能发挥最大效应。利用这种观点可以说明硼钢淬透性的变化特征,分析影响硼钢淬透性的各种因素。     

Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下变形时的显微组织演变

将Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下进行低速率变形, 变形促进先共析铁素体转变, 但未见层状珠光体形成. 铁素体在奥氏体晶界和晶内形核, 以近似等轴状长大、交联, 并分割奥氏体, 形成富碳奥氏体区. 随着变形量的增大, 铁素体可在富碳奥氏体区内部继续形核长大并交联, 导致富碳奥氏体区不断被分割且碳浓度升高, 当碳浓度足够高时, 一次析出球状碳化物可在富碳奥氏体区边界处形成, 尺寸为0.5-1 μm; 变形过程中铁素体的动态回复和再结晶导致碳原子从Cottrell气团中逸出, 在铁素体内部形成几十纳米的二次析出球状碳化物.     

“相间沉淀”的实质——珠光体转变研究之三

所谓"相间沉淀",其产物是铁素体基体上分布着弥散的碳化物颗粒,多数是特殊碳化物(MC),有时为渗碳体。碳化物颗粒极为细小,只有几个纳米大小,一般呈不规则分布,有时呈点列状规则分布。"相间沉淀"的机制是:过冷奥氏体在孕育期通过涨落形成贫碳区和富碳区,在奥氏体晶界处形成新相晶核。晶核由铁素体和碳化物两相构成,共析共生,本质上是以伪共析形式完成的珠光体转变。     

NP550钢板淬火开裂的关键组织结构因素

为探究影响NP550含硼钢薄板淬火开裂的关键因素，采用扫描电镜、透射电镜以及三维原子探针等多尺度表征手段对NP550淬火未开裂钢板表面和淬火开裂钢板表面和心部的微观组织、合金元素分布以及力学性能进行了对比分析。结果表明，开裂钢板的裂纹起始于板厚中心区域的原奥氏体晶界处并沿原奥氏体晶界扩展。钢板心部原奥晶粒粗化、沿晶界的铁素体和脆性渗碳体的析出以及硼元素被晶界含硼相的消耗是导致开裂钢板，特别是板厚中心处强度和塑性降低的主要原因。钢板在淬火应力下发生剧烈开裂。结合淬火工艺，生产过程中应注意控制高压水的出水量，保证冷却速率，有效防止淬裂现象发生。     

工艺对两种微碳BH钢组织与性能的影响

对工业生产的No.1微碳BH钢和No.2微碳BH钢热轧板、冷轧板和退火板的工艺和组织性能进行研究。结果表明,No.1和No.2微碳BH钢的γ织构组分在{111}<110>附近分别达到了最大值12.046和10.549。No.2微碳BH钢退火板平均晶粒尺寸均小于No.1微碳BH钢,细晶强化效果使得其强度略高。No.2微碳BH钢退火板铁素体晶界处和晶粒内均存在游离渗碳体,晶界处珠光体片层较少,No.1微碳BH钢退火板铁素体晶界处存在片层状珠光体和块状渗碳体,更多珠光体片层结构也使其强度较低。No.2微碳BH钢中较高含量P、Cr、Cu元素固溶在基体中引起固溶强化,碳氮化物析出的弥散强化作用,均弥补了C含量较低引起的强度下降。     

THE MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。 根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。 基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。