Nb对Fe-28Mn-10Al-C低密度钢组织与机械性能的影响

开发制备了一种汽车用含0.5％Nb(质量分数)的Fe-28Mn-10Al-C-0.5Nb 低密度钢,旨在研究Nb 在奥氏体Fe-Mn-Al-C低密度钢中的存在形态,以及Nb 添加对Fe-Mn-Al-C 低密度钢组织与力学性能影响.结果表明,Fe-28Mn-10Al-C 低密度钢中加入Nb 后,奥氏体晶粒平均尺寸由39....     

Nb微合金化Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的组织与力学性能

向Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢中添加0.35%的Nb,提高钢中C元素含量至0.1%,并配合适当热处理工艺以提高TWIP钢的屈服强度。结果表明:改进后的Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的屈服强度由原来的320 MPa提高至445 MPa,均匀伸长率则由65%降低至55%。Nb元素的添加会强烈阻碍TWIP钢的再结晶晶粒的长大,显著细化TWIP钢的奥氏体晶粒,并且添加的Nb、C元素经退火处理后主要以纳米级Nb C沉淀相的形式弥散分布于奥氏体基体上,这些细小的沉淀相将通过Orowan机制进一步提高TWIP钢的强度。此外,Nb、C元素的添加并未显著改变室温下Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的塑性变形机制,应变诱发孪晶仍然是Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的主要变形机制,奥氏体基体仍然维持着较低的层错能。通过细晶强化和沉淀强化的双重作用显著提高Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的强度,同时奥氏体基体的TWIP效应保证了改进后的TWIP钢仍具有良好的塑性。     

基于FactSage的Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的组织及力学性能

借助FactSage数值模拟软件对Fe-(10~20)Mn-(5~10)Al-(0~0.5)C系低密度钢的凝固及冷却路径、相变及析出相进行了研究,利用FactSage软件中的FSstel数据库对该体系的垂直截面图进行计算,分析了Mn、Al及C元素对凝固及冷却过程中相变及析出相的影响,并得到了Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的平衡凝固相变路径图。结果表明,Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢中热力学计算出的平衡相有液相、铁素体、奥氏体和κ-碳化物, 由1600 ℃冷却至600 ℃完整的平衡相变路径为:液相→液相+铁素体→液相+铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体+κ-碳化物。C和Mn含量的增加可扩大Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢奥氏体相区,Al元素增加缩小奥氏体相区。κ-碳化物的析出温度随着Al与C含量的增加而升高,Al与C元素均可促进κ-碳化物析出。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢800 ℃时效3 h后的抗拉强度为602 MPa,屈服强度为520 MPa,断后伸长率为28.6%,时效5 h后的抗拉强度为729 MPa,屈服强度为685 MPa,断后伸长率为22.4%,随着时效时间增加,试验钢的强度增加,断后伸长率降低。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的密度为6.99 g/cm³,相比普通钢材减重效果达10.4%。     

预变形和双级时效对Fe-30Mn-11Al-1.2C奥氏体低密度钢显微组织和力学性能的影响

采用EBSD、TEM和万能试验机等研究了冷轧预变形和双级时效对Fe-30Mn-11Al-1.2C (质量分数,%)奥氏体低密度钢微观组织演变和力学性能的影响。结果表明,双级时效可以显著地提高材料的屈服强度,从固溶时的580 MPa到1120 MPa,但同时使得均匀延伸率急剧降低至几乎为0;而经过轧制预变形+双级时效处理后的样品,材料的屈服强度进一步提高,达到1220 MPa,同时材料的均匀延伸率大幅提高至18.2%,钢的综合力学性能得到明显提升。微观组织分析表明,双级时效后材料屈服强度的提升归因于κ′碳化物的有序化强化;预变形可以在奥氏体基体中引入有效的异质形核点,诱导晶内析出;该析出相(析出强化)结合预变形引入位错(形变强化)进一步提高材料的屈服强度,同时提高了材料的应变硬化能力,这是材料高塑性的根本原因。该工艺为奥氏体低密度钢的性能改善提供了新思路。     

不同镍含量奥氏体基低密度热轧钢的组织与力学性能

研究了3种Fe-18Mn-10Al-1C-(0, 3, 5)Ni-0.08V-0.03Nb(wt%)奥氏体基低密度双相钢在热轧后的组织和力学性能。结果表明,热轧后,试验钢的组织由拉长的奥氏体、条带状B2相及沿再结晶奥氏体晶粒晶界处的块状B2颗粒组成。此外,在奥氏体晶粒和B2颗粒中分别形成了纳米级κ-碳化物和DO₃相。5Ni钢屈服强度高达1352 MPa,这主要是由于奥氏体晶界存在大量纳米级别的B2颗粒以及VC相产生析出强化效果。随着Ni含量的增加,钢的强度与硬度均增加,5Ni钢屈服强度比0Ni钢高116 MPa,归因于5Ni钢中更多的B2相含量(16.9%)。但含Ni钢在强度增加的同时,极大损失了塑性,导致钢的伸长率极低,分析其原因为条带状B2相主要分布在奥氏体晶界处,试样在变形过程中裂纹更易沿晶界断裂,断口有分层现象。     

稀有金属Nb对Fe-Mn-Al-C系轻质钢耐腐蚀性能的影响

以3种具有不同Nb含量的Fe-28Mn-10Al-1C-x Nb(x=0、0.1、0.3)高锰轻质钢为研究对象,通过极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)研究了Fe-Mn-Al-C-Nb系轻质钢在3.5%NaCl腐蚀溶液中的耐腐蚀性;并伴随扫描电镜(SEM)观察腐蚀后的组织形貌,探究了不同Nb含量对Fe-Mn-Al-C系轻质钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:含铌Fe-Mn-Al-C系轻质钢相比于Fe-Mn-Al-C系轻质钢基体具有更正的腐蚀电位,即随着含铌量的增加,轻质钢的耐腐蚀性逐渐增强。添加的铌含量与腐蚀电位的关系为E=-0.55357+0.60929ω(Nb)。     

Al含量对Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能及形变孪晶的影响

研究了合金元素Al对3种不同Al含量的Fe-28Mn-x Al-1C(x=8,10,12)系低密度钢层错能的影响。结果表明,3种实验钢的层错能范围为67.76~90.64 m J/m~2,Al对层错能的影响呈多项式分布。与28Mn-10Al及28Mn-8Al合金相比,28Mn-12Al合金层错能较高,抗拉强度高但伸长率低,在相同变形量下,28Mn-8Al与28Mn-10Al合金均出现了孪晶组织,且28Mn-8Al中孪晶更明显,而28Mn-12Al合金中未发现孪晶。3种合金的变形机制均为平面滑移变形,这归因于Fe-Mn-Al-C系合金中存在的短程有序会导致"滑移面软化现象",使高层错能的28Mn-12Al合金变形机制也为平面滑移。     

固溶处理对Fe-30Mn-10Al-1C低密度钢组织及力学性能的影响

借助OM、SEM、TEM、拉伸试验等手段研究了固溶温度对热轧Fe-30Mn-10Al-1C低密度钢组织及力学性能的影响,并阐明了其组织演变和力学性能变化的原因。结果表明,试验钢经热轧及固溶处理后组织均为奥氏体单相组织,固溶处理后出现大量退火孪晶;950~1050 ℃固溶时,平均晶粒尺寸随温度的升高由34 μm增长至138 μm;随着固溶温度的升高,微米κ碳化物逐渐固溶消失,但由于较低成核势垒和较大的过冷度,固溶后仍有大量纳米κ碳化物生成;试验钢轧态的抗拉强度和屈服强度最高,分别为1188 MPa和1123 MPa,但伸长率最低为33%;随固溶温度的升高,试验钢抗拉强度和屈服强度逐渐降低,伸长率则不断升高,1050 ℃时抗拉强度和屈服强度分别为853 MPa和726 MPa,伸长率达到61%。     

奥氏体化温度对含铌热成形钢组织性能的影响

研究了不同奥氏体化温度下含铌热成形钢的组织和性能变化。结果表明,随着奥氏体化温度的增加,热成形钢的抗拉强度呈先升高后下降的趋势。当在850℃奥氏体化7.5 min时,抗拉强度最高可达1758 MPa,屈服强度为1205 MPa,断后伸长率约为6%,且此时马氏体晶粒最为细小,晶粒尺寸约为2.87μm,马氏体板条间距约为322 nm。随着奥氏体化温度的升高,基体组织奥氏化程度逐渐增加,(Nb, Ti)复合碳氮化物析出粒子同时也逐渐发生回溶,奥氏体晶粒粗化。当在930℃奥氏体化5.0 min时,马氏体晶粒增大到4.936μm,马氏体板条间距增大到929.6 nm。     

热处理对Ti微合金化马氏体钢强度的影响

对Ti微合金化马氏体钢经不同工艺热处理后的屈服强度进行了研究,并分析了其强化机制。研究表明,Ti微合金化使钢中形成细小的TiC析出相,可以提高马氏体钢的屈服强度。经过回火与再加热淬火工艺处理后,可形成1～10 nm的TiC析出相,使得马氏体钢晶粒细化到约8μm。理论计算与实验数据关于TiC提供的析出强化与细晶强化效果良好吻合,即通过Ti微合金化及回火再加热工艺,由TiC析出相提供的析出强化达到188 MPa,TiC钉扎晶界使得晶粒细化而产生的细晶强化效果为80 MPa。     

低碳贝氏体高强钢的析出行为及强化机理研究

制备了低碳贝氏体高强钢,观察了其第二相粒子的析出行为,并对该钢的综合强化机理进行了研究。结果表明,所制备的钢屈服强度达610 MPa、抗拉强度达720 MPa、伸长率为20%,低温韧性良好。此次制备的钢析出粒子有Nb(C,N)、Ti(C,N)、Ti C、Nb C等,析出粒子尺寸均较小,以粒径在50 nm以下的析出粒子最多。细晶强化对低碳贝氏体高强钢的屈服强度贡献值占比为36%;析出强化对屈服强度的贡献值占比为25%;相变强化对屈服强度的贡献值占比约为15%;固溶强化及其他强化方式对屈服强度的贡献值约占比为24%。     

汽车用TWIP钢的探索研究

采用金相组织观察与X射线衍射等方法对5种不同Mn含量的TWIP钢拉伸前后的组织进行了研究.结果表明,淬火态Fe-15Mn-3Si-3Al钢存在条状分布的马氏体;Fe-25Mn-3Si-3Al、Fe-30Mn-3Si-3Al、Fe-33Mn-3Si-3Al钢在淬火与退火两种热处理工艺下均能获得淬火态奥氏体和退火孪晶组织,淬火态的奥氏体晶粒更细小;母相奥氏体影响形变孪晶形貌与分布,均匀分布的细小孪晶导致优异的力学性能,随着Mn含量的增高,母相奥氏体尺寸逐步增加,形变孪晶层片逐渐增厚且分布不均匀;Fe-25Mn-3Si-3Al钢具有优异的力学性能.     

S600E索氏体高强不锈钢的开发及组织性能研究

索氏体不锈钢是一种新型不锈钢。以Cr-Ni成分体系为基础,添加Nb、Ti、Mo、Cu等元素研发出屈服强度600 MPa级的高强索氏体不锈结构钢。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及透射电镜(TEM)观察了实验钢组织特征,探究了热处理工艺对其组织及力学性能的影响规律,同时对实验钢的耐腐蚀性能及强化机制进行了研究。结果表明：随着淬火温度的升高,实验钢组织不均匀性消除,原奥氏体组织及回火索氏体组织逐渐粗化;随回火温度的增加,回火索氏体组织板条宽度增大,大角度晶界比例下降;钢中主要析出相为(Fe, Cr)₂₃C相和Nb、Ti元素的碳氮化物。经950℃保温0.5 h淬火和710℃回火2 h热处理后,实验钢板综合力学性能最优,抗拉强度为856 MPa,屈服强度为668 MPa,断后伸长率20.6%,-40℃冲击功63.4 J;主要强化机制为固溶强化、细晶强化和析出强化。经360 h的模拟海水环境加速腐蚀后,平均腐蚀速率仅0.0197 mm/a,耐蚀性能优异。     

Nb微合金化对Cr-Ni-Mo-V系高强钢组织及力学性能的影响

对含Nb与不含Nb的Cr-Ni-Mo-V系高强钢进行880℃×1 h淬火+300℃×3 h回火处理,并采用SEM、EBSD、TEM和物理化学相分析等技术分别对其微观组织和析出相进行观察分析。结果表明,添加了0.035%Nb的试验钢组织得到细化,马氏体板条块尺寸从3.1μm下降至2.9μm,且Nb的添加使得MC型析出相的含量增加,析出相尺寸分布得到优化,尺寸在18～200 nm的析出相含量明显增加。由于析出相含量的增加,固溶C含量有所下降,加之含Nb试验钢中的原始C含量稍低,导致含Nb钢的强度稍有下降,但仍达到2000 MPa水平。而马氏体组织的细化及析出相尺寸分布的优化使含Nb试验钢韧性明显提升,室温和-40℃低温冲击吸收能量(KU₂)均提高至44 J。     

C含量对Fe-Mn-Al-C低密度钢组织和性能的影响

采用EBSD、TEM、XRD和万能试验机等对比研究了4种Fe-30Mn-10Al-x C (x=0.53、0.72、1.21、1.68,质量分数,%)低密度钢固溶处理后的微观组织与力学性能。结果表明,随着C含量的增加,奥氏体的体积分数逐渐增多,显微结构由铁素体/奥氏体双相组织逐渐演变为单相奥氏体组织,钢的强度不断增加,而延伸率则先增加后减小。统计分析表明,奥氏体的应变协调能力高于铁素体,双相钢随着奥氏体含量的增加,延展性明显增加,强度略微增加;而对于单相奥氏体钢,随着C含量的增加,屈服强度明显增加,延展性变差,加工硬化能力显著降低,这是由于钢中κ′碳化物的析出造成的。     

Ti-Nb复合微合金化高强度钢强化机理研究

以国内某钢厂的热轧高强度钢为研究对象,进行拉伸试验,利用OM和TEM分析了钢显微组织、第二相析出粒子形貌和尺寸等.结果表明,实验钢的屈服强度657 MPa、抗拉强度744 MPa、伸长率18.7％.微合金元素的加入使钢材晶粒明显细化,屈服强度的细晶强化增量为321.5 MPa,为提高材料强度的主要强化机制;研究析出的第二相粒子可知,基体中纳米级析出的(Nb,Ti)(C,N)粒子阻碍位错运动,是提高材料强度的主要机制之一,起到析出强化作用,屈服强度的析出强化量为78.58 MPa.     

固溶温度对Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢组织及力学性能的影响

通过采用OM、SEM、XRD等方法,对不同固溶热处理温度下Fe-12Mn-8. 5Al-0. 8C低密度钢的力学性能和组织演变规律进行了研究。试验结果表明,铸态组织主要包含有铁素体、奥氏体和κ-碳化物3种相。在700、750℃固溶处理后,Fe-12Mn-8. 5Al-0. 8C钢的组织为铁素体、奥氏体和κ-碳化物,其铁素体和奥氏体晶界处存在的大量碳化物导致其力学性能很差。κ-碳化物的溶解温度在800℃左右,随着固溶温度升高,晶内及晶界处碳化物含量逐渐减少直至消失。850～1000℃固溶处理后,试验钢基体组织为奥氏体,随着固溶温度升高,铁素体的含量增加。在1000℃固溶处理时,铁素体由柱状转变成球状,其对奥氏体基体的割裂作用减少,所以在1000℃时试验钢力学性能最好,其抗拉强度达696.4 MPa。同时,Fe-12Mn-8.5Al-0.8C钢的密度为7.0 g/cm3,相比纯铁达到10%的减重效果。     

退火和退火-时效工艺对热轧中锰钢组织及性能的影响

分别采用退火和退火-时效工艺来调控热轧态Fe-10.2Mn-0.41C-2.2Al-0.6V中锰钢中的奥氏体体积分数、奥氏体稳定性及VC析出来优化中锰钢的力学性能组合。结果表明,经退火-时效热处理后试验钢的屈服强度、抗拉强度和伸长率均获得提升。大量的纳米级VC颗粒是促进中锰钢屈服强度增加的主要因素。     

600 MPa级Nb-Ti微合金化高成形性元宝梁用钢的强化机制

采用OM、SEM和TEM等方法,对600 MPa级Nb-Ti微合金化高成形性元宝梁用钢的组织与力学性能进行了测试表征,并分析了强化机制。结果表明,终轧温度对实验用钢的组织与力学性能有显著影响,随着终轧温度的降低,钢中铁素体晶粒尺寸逐渐减小,位错密度逐渐增加,析出物尺寸逐渐减小、数量逐渐增多、Nb/Ti原子比逐渐增大,屈服强度与抗拉强度均呈现出单调上升的规律,而延伸率存在一个最佳温度,终轧温度为840℃时具有最优的力学性能,其屈服强度与抗拉强分别达到了541与615 MPa,延伸率为31.0%,-60℃冲击功为117 J。(Nb,Ti)C在奥氏体中析出的Nr T与PTT曲线表明,在实验温度范围内,均匀形核与位错线形核的形核率随温度的降低而提高,形核孕育时间随温度的降低而缩短,这与观察到的析出物尺寸随着终轧温度的降低而减小、析出物的数量随着终轧温度的降低而增多的规律相符。细晶强化与位错强化是实验用钢主要强化方式,细晶强化占总屈服强度的46%~48%,位错强化占总屈服强度的18%~25%,析出强化对屈服强度的贡献较小,约2%左右。     

Nb元素对中碳钢热处理组织及力学性能的影响

采用光学电镜、扫描电镜及力学性能测试,分析经变形热处理后的两种中碳钢的组织及力学性能变化,揭示Nb对中碳钢性能的影响规律。结果表明,中碳钢中微量Nb元素可细化奥氏体晶粒,晶粒尺寸从原本的34.5μm降低至14.5μm,同时Nb元素还可促进试验钢中铁素体的形成;Nb元素可促进钢铁中含Nb析出物的形成,析出物尺寸为20~50 nm,可抑制晶粒增长,提高中碳钢的屈服强度和低温冲击功。