直轧条件下含Nb钢筋中Nb(C,N)的析出强化机理及控冷工艺优化

为了解决方坯直轧工艺生产含Nb钢筋出现的强化效果不显著问题,通过经典形核理论计算了Nb(C, N)在奥氏体中沉淀析出动力学行为特点,并通过现场控冷工艺试验验证了理论计算的结果。结果表明,加热炉轧制生产含Nb钢筋过程中Nb(C, N)的沉淀析出以晶界形核为主,方坯直轧工艺生产含Nb钢筋过程中Nb(C, N)的沉淀析出以位错形核为主;在含Nb钢筋的成分体系下,Nb(C, N)在奥氏体中沉淀析出过程中的晶界形核和位错形核C曲线鼻尖点温度分别约为1000 ℃和900 ℃;方坯直轧工艺生产含Nb钢筋可以在精轧机架间设置多段预穿水,以保证足够低的终轧温度,来获得Nb(C, N)沉淀析出的最佳强化效果。     

高钢级X100管线钢的组织和析出相

利用扫描电镜,透射电镜对X100管线钢的显微组织和析出相进行观察,结果表明:X100管线钢的显微组织为粒状贝氏体和贝氏体铁素体,粒状贝氏体分割了取向多元的贝氏体铁素体,细化了晶粒尺寸,提高了材料的强韧性.管线钢中析出相为单相析出和复合析出,存在于晶界上、板条间、基体内、位错线上及其周围.管线钢中存在两种典型的单相析出,一种为尺寸较大,形状规则的TiN析出,一种为尺寸细小,形状为圆形的NbC析出.复合析出为在高Ti/Nb比的碳氮化物上附着着低Ti/Nb比的碳氮化物或硫化亚铜析出,为应变诱导析出.在高温下形成的TiN析出可以阻止晶界迁移,抑制奥氏体晶粒长大,对强度影响不大.低温形成的NbC和复合析出为应变诱导析出,平均尺寸为26.5 nm,在析出强化中占主导地位.     

SCr420H齿轮钢中AlN的析出行为

通过Thermo-Calc热力学计算软件对SCr420H钢中第二相Al N析出的热力学进行计算,通过建立Avrami模型对Al N的析出动力学进行分析,利用扫描电镜研究了不同温度和时间下Al N析出的大小、形貌及分布,并对其尺寸进行了统计。结果表明:SCr420H齿轮钢中Al N相的开始析出温度为1180℃,以均匀、晶界和位错3种形核机制形核的鼻点温度分别为927、1127和892℃,从析出开始到结束所需时长分别为15 s、57 min和58 s。试验钢在850℃和900℃温度下等温1 h足以析出大量Al N,扫描电镜下观察到Al N相的析出形貌有四边形、近球状和长棒状,还有少数Al N为不规则形状,这些大量弥散细小的Al N粒子,大多分布在晶界上及晶界附近处。随着等温温度的提高和保温时间的延长,第二相Al N粒子的尺寸有明显长大的趋势。     

Nb-Ti微合金化X100管线钢中的纳米析出规律

通过微合金化与控轧控冷技术的有机结合,在Nb-Ti微合金化X100管线钢中形成了大量纳米尺寸的析出粒子,对其形貌进行了观测分析,对组织中的析出粒子尺寸分布及其析出强化作用进行了定量分析,通过动力学计算分析了Nb(C,N)在奥氏体中的析出规律。结果表明:高级别管线钢中的析出相主要有两种类型,Nb(C,N)析出(1~30 nm)和(Ti,Nb)(C,N)复合析出(50~300 nm),均为面心立方结构;X100管线钢析出强化贡献值约为70 MPa;对Nb-Ti微合金化管线钢中Nb(C,N)析出的动力学计算表明,在热连轧生产线生产高级别管线钢时,热轧过程中碳氮化物析出不到10%,90%均在随后的冷却过程中析出,在中厚板生产线生产级高级别管线钢时,热轧过程中碳氮化物析出近70%,其余30%主要在随后的冷却过程中析出。     

含Nb管线钢针状铁素体相变动力学研究

采用Gleeble 3500热模拟试验机,研究含Nb管线钢连续冷却过程中的针状铁素体转变行为。将试样加热到1 050℃奥氏体化,冷却至850℃并分别保温0,300,600,1 200 s后冷却到室温。根据热膨胀曲线,采用杠杆定律绘制了相转变量-温度曲线,建立含Nb针状铁素体相变Jeziorny动力学方程。结果表明:随保温时间的增加,由于Nb(C,N)的析出,Nb(C,N)颗粒为针状铁素体提供更多形核位置,提高相变温度,促进针状铁素体转变,抑制贝氏体转变,最终由贝氏体、针状铁素体的混合组织转变为针状铁素体组织;相变开始时间减少,同时相变完成时间缩短,针状铁素体体积分数增加。     

含Nb细晶高强IF钢的析出热力学和动力学

采用规则溶液亚点阵模型计算了新型含Nb细晶高强IF钢在不同温度(1073~1473 K)下碳氮化物析出相的平衡体积分数、组成成分及化学驱动力,各元素的平衡质量分数;采用经典形核长大模型计算了实验钢在不同温度(1073~1473 K)下位错处形核的临界核心尺寸、临界形核功及相对形核速率。结果表明,随着温度的降低,析出相的平衡体积分数增大,Nb C在析出相中比例逐渐增加,Nb N在析出相中比例逐渐降低,析出相的化学驱动力增大,固溶在钢中的各元素的质量分数降低;在位错处形核的临界核心尺寸、临界形核功减小,相对形核率增大。至1073 K时,N元素已基本析出,C和N在析出相的成分中基本达到平衡。     

退火对TCS不锈钢热轧板含Nb和Ti析出相的影响

通过SEM、TEM及化学相分析的方法,对罩式退火前后TCS铁素体不锈钢热轧板中Nb、Ti碳氮化物进行了研究。结果表明:退火前后析出相粒子主要由TiN、(Ti,Nb)C组成。退火前(Ti,Nb)C粒子析出位置为晶界及亚晶界,退火后形状为不规则椭圆形,是点链状分布在晶粒中,尺寸比退火前显著增加;退火后TiN粒子发生聚集长大,钢板中部析出的TiN粒子在尺寸上大于边部,在数量上少于边部;退火后基体中固溶的C、S、P元素100%析出,N元素98.75%析出,Nb、Ti元素析出分别为73.91%和65%,Ni、Cr元素析出较少,分别为0.26%和0.03%。     

粗晶奥氏体HTP钢中形变诱导析出的定量研究

利用double-hit实验与场发射扫描电镜定量研究了低碳高铌钢(0.032%C-0.089%Nb,HTP钢)粗晶奥氏体(约800 μm)中的形变诱导Nb(C,N)析出规律.结果表明,在1000-900 ℃温度区间变形时,随着形变温度的降低,析出开始(5%析出量)时间逐渐缩短,析出开始时间与温度关系曲线具有C曲线的特征.随着形变温度的降低,析出相颗粒密度逐渐增加而颗粒直径减小,析出动力学满足修正的Avrami方程,Avrami指数约为1.1.析出相主要在位错及位错结等位置优先形核,形成条带状或网状.拟合得到的模型能够预测奥氏体低碳高铌钢的析出开始时间及析出动力学.     

P590L连铸过程C、N化物析出行为

为研究微合金钢连铸过程C、N化物析出行为,以P590L微合金钢铸坯为研究对象,通过用碳膜萃取复型方法从拉伸试样中萃取析出物,使用JEM2100透射电镜观察试样中的第二相析出物,系统检验分析了微合金元素Ti、Nb的析出行为规律,分析了温度对析出物数量和尺寸影响规律,以及析出物对热塑性的影响趋势。试验表明,1 100℃时出现少量70nm以上的方形TiN和Ti-Nb复合析出物,在1 100~1 000℃有Nb(C,N)析出,随着温度的降低析出物数量增加,尺寸减小而且更加弥散,热塑性随析出物数量的增加而降低。     

Nb-Ti微合金化超低碳低合金高强度钢中第二相的析出行为

研究了Nb-Ti微合金化超低碳低合金高强钢在控轧控冷及回火过程中含Nb和Ti相的析出行为及其与硬度的关系.结果表明,Nb-Ti微合金化超低碳低合金高强钢在控轧控冷驰豫过程及随后的回火过程中均有第二相析出,在变形过程中Nb(CxNy)相析出颗粒更为细小,在回火过程中Nb(CxNy)依附于TiN形核长大,600 ℃回火2 h后其硬度高于其它温度回火后的硬度.     

高强度管线钢中沉淀相的析出行为研究

利用TEM电镜的STEM模式采用萃取复型的方法研究了高强度管线钢中沉淀相的析出行为.结果表明,钢中的沉淀相主要为球形的(Nb,Ti)C,同时含有少量的四方形TiN,大部分沉淀相为复合型析出,沉淀相尺寸均小于50nm,主要集中在10～20 nm.     

升温过程中Nb和Nb-Mo微合金化钢中碳化物的析出行为研究

利用Gleeble热模拟实验机、Vickers硬度计、SEM,HRTEM及DSC研究了淬火态含Nb和Nb-Mo微合金钢在升温过程中碳化物的析出行为.利用经典形核长大理论及Avrami方程对淬火态钢中MC型碳化物的析出动力学进行了计算.结果表明,含Nb和Nb-Mo微合金钢淬火后以20℃/min的速率加热至不同温度水冷,在300和700℃,由于e-碳化物和MC型碳化物析出而出现了硬度峰值.MC型碳化物在650℃左右析出,由于析出强化而硬度上升,与理论计算得到的MC型碳化物的析出鼻子点温度约650℃的结果相一致.Mo进入Nb C中降低了Nb C与铁素体基体的错配度,从而减小了析出相与铁素体基体间的界面能,使得(Nb,Mo)C析出动力学加快,所以Nb-Mo钢中析出相粒子分布更为密集,尺寸更为细小,具有较高的析出强化作用.     

含铌取向硅钢第二相沉淀析出 相变动力学计算

采用第二相相关元素在基体中的过饱和度,即偏离平衡固溶度的程度计算相变自由能,根据计算出的驱动力进一步计算第二相析出的临界形核功和临界形核尺寸。分析了含铌取向硅钢中不同铌含量(0. 090%和0. 044%)对奥氏体中Nb(C,N)析出驱动力、临界形核功和临界形核尺寸的影响。计算结果表明:含铌取向硅钢中Nb(C,N)的析出驱动力随温度的降低而单调增大,且随铌含量增加而增大,临界形核功和临界形核尺寸均随温度的提高而变大,随铌含量增加而减小,但幅度不大。     

微合金化S355钢的第二相析出行为

采用Thermo-Calc软件,分析了S355钢连铸坯在200~1600℃温度范围内第二相粒子的析出行为,并利用扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)观察确认了S355钢铸坯中析出物的形貌、类型与析出位置。结果表明:S355钢中含Ti、含Nb以及含V的第二相析出温度依次降低,且氮化物析出温度普遍高于碳化物;S355钢在高温阶段易形成典型的Nb Ti复合析出相,在低温阶段易在晶界与位错附近形成纳米级Nb C;S355钢析出相的开始析出温度分别为:1388℃(Ti N)、1100℃(Nb N/Nb C)、1080℃(Ti C)、936℃(Al N)和900℃(VNC).     

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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.     

热处理对G3合金微观组织的影响

借助光学显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜研究了热处理温度对G3合金微观组织的影响。结果表明,在1120～1180℃温度区间,随着固溶处理温度升高G3合金的晶粒尺寸由5.41级增大为4.18级;经不同温度时效处理后,合金中析出相的种类和分布形态有显著差别。经700℃×50 h时效,合金中晶界上的主要析出相为M23C6相,呈网状,晶内为弥散、细小的TiN和σ相,两者有复合析出现象。经800℃×50 h时效,合金中晶界处的析出相仍然是M23C6相,晶内析出的M6C相呈叶片状,成片分布在晶内。经900℃×50 h时效,合金中晶界处析出的主要是M6C相而不是M23C6相,晶内有大量纳米级的第二相颗粒与位错相互作用。     

GH4169合金晶界δ相析出的动力学分析

通过对固溶态及变形态GH4169合金进行时效处理,采用SEM技术研究Nb元素含量、晶界曲率对合金中δ相体积分数及尺寸的影响,讨论了δ相在弯曲界面析出的动力学规律。结果表明:GH4169合金中δ相析出的体积分数随Nb元素含量的增加而增加,δ相析出的峰值温度为920℃且受Nb元素含量的影响较小。随试样平均晶粒尺寸的减小,δ相的形核率和体积分数增加,δ相尺寸减小。小角度晶界可有效促进δ相在晶粒内部析出。随晶界曲率半径的减小,δ相形核的临界势垒和临界半径减小,晶界δ相的形核率增加。在晶界析出δ相分别呈长针状、锯齿状及鱼尾状分布。     

FGH96高温合金中一次碳化物形成规律

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,对FGH96高温合金中一次碳化物的生成机理进行研究,计算FGH96高温合金可能的平衡析出相及C、N、Nb、Ti元素对合金中一次碳化物相MC+M(C,N)析出行为的影响,对比分析FGH96高温合金中一次碳化物相的计算结果与扫描电镜图及能谱分析的化学成分。结果表明:C含量对一次碳化物相的析出量影响较大,而对析出温度影响较小;N含量对析出温度有非常明显的影响,而对一次碳化物相的析出量影响较小;Nb和Ti含量对FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为只有轻微的影响。因此,FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为主要受C和N的影响。由计算得出的一次碳化物相的成分变化结果结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出含有微量C的氮化物TiN,两相区析出的MC型碳化物会在TiN表面析出,形成以TiN为核心的一次碳氮化物M(C,N)。     

热连轧过程复合微合金碳氮化物析出的定量计算

以微合金元素的析出热力学和析出动力学为基础,针对Fe-Nb-V-Ti-Al-C-N合金系,定量计算了热连轧过程中(Nb,V,Ti)(C,N)和AlN在奥氏体中的析出行为,并进一步分析了热轧制温度对析出行为的影响。计算结果表明,对所研究的钢种成分和工艺条件,在加热过程中(Nb,V,Ti)(C,N)就已经析出,在粗轧阶段,(Nb,V,Ti)(C,N)析出粒子平均半径逐渐减小,在精轧阶段,(Nb,V,Ti)(C,N)基本达到平衡析出量,终轧后析出粒子平均半径保持在23 nm左右。轧制时的热变形增大了形核率,促进了析出,使析出粒子的平均半径减小。随加热和轧制温度的降低,(Nb,V,Ti)(C,N)的析出量有所增加,粒子平均半径减小。     

Cr_(23)C_6和NbC颗粒析出模式对FeMnSiCrNiC合金组织及形状记忆效应的影响

采用SEM和XRD方法研究了Cr_(23)C_6和NbC颗粒析出模式对FeMnSiCrNiC合金组织及形状记忆效应的影响。结果表明:FeMnSiCrNiC合金经10%拉伸变形后在1073K温度时效能在较短时间内极大地提高合金的形状记忆效应。Cr_(23)C_6颗粒优先在γ/δ相界面、γ/ε相界面、γ晶界处形核,Cr_(23)C_6颗粒的形核受界面形核机制控制;NbC颗粒优先在γ相晶内的位错、层错等缺陷处形核,NbC颗粒的形核受位错或层错形核机制控制。NbC在热力学方面比Cr_(23)C_6更稳定。