CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现:屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti(C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti₄C₂S₂粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.      

薄板坯连铸连轧生产Ti微合金化钢的强化机理

为了阐明薄板坯连铸连轧生产Ti微合金化钢的强化机理,通过电镜和化学相分析等实验手段对Ti含量不同的集装箱板进行了研究,结果表明,连轧前钢中尺寸为几十纳米的方形TiN粒子已基本析出,连轧及其后的低温阶段钢中形成纳米尺寸的弥散的TiC析出物,降低了Fe3C的质量分数.小于10 nm的TiC粒子是Ti微合金化钢屈服强度显著提高的主要原因.     

钛微合金化高强钢的组织性能及强化机制

 为了掌握钛微合金化高强钢的组织性能、第二相粒子特性和析出规律以及强化机制,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机等设备并结合热力学计算,对高强度汽车车厢板进行了系统研究。研究结果表明,试验钢的显微组织类型主要为多边形铁素体+针状铁素体+少量索氏体,平均有效晶粒尺寸约为3.5 μm。钢中存在大量的球形TiC和少量的不规则形状Ti4C2S2及方形TiN析出物,析出顺序为TiN→Ti4C2S2→TiC。第二相析出物以TiC的沉淀强化效果最为显著,TiN和Ti4C2S2的沉淀强化效果十分微弱。试验钢中所有强化方式对试验钢的强度贡献大小顺序为细晶强化＞沉淀强化＞位错强化＞固溶强化＞晶格点阵强化,其中细晶强化和沉淀强化的强化效果最为显著,对屈服强度的贡献超过50%。     

CSP热轧工艺对Ti微合金化钢组织和性能的影响

采用金相显微镜、电子显微镜、化学相分析等手段研究了CSP热轧工艺对Ti微合金化高强钢组织和性能的影响。结果表明:880℃终轧、620℃卷取试验钢的屈服和抗拉强度分别为825、895 MPa,钢中存在大量的纳米尺寸TiC粒子,其沉淀强化效果超过150 MPa;卷取温度降低到580℃,TiC的析出受到抑制,沉淀强化效果明显减弱。卷取温度显著影响钢中第二相粒子的析出过程,终轧温度和卷取温度改变对晶粒尺寸也有影响,两者综合作用的结果使Ti微合金化钢的强度和韧性发生变化。     

Ti含量对热轧带钢组织和力学性能的影响

以普通集装箱板的成分为基础,在CSP生产线上成功开发出Ti微合金化高强度钢,采用扫描电镜、透射电镜、化学相分析等实验手段研究了Ti含量对带钢组织和性能的影响.结果表明:Ti含量变化对铁素体晶粒尺寸影响不大;随钢中Ti含量增加,TiN粒子的尺寸增大,TiC的体积分数增加,而TiC粒子的平均尺寸减小.在Ti含量为0.106%的钢中发现大量尺寸小于5 nm的细小析出物,正是这些析出物的沉淀强化作用显著提高了钢的强度.     

钛微合金化高强钢含Ti第二相的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc,对不同Ti含量和不同N含量的高Ti微合金化高强钢进行计算和分析,研究Ti、N元素对高Ti微合金化高强钢中含Ti第二相固溶析出的影响。结果表明,在一定条件下,减少N元素含量,增加Ti元素含量,使得Ti收得率最大,获得更多的有益相TiC,减少有害相TiN的含量。     

冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

通过热模拟实验,研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明:当终冷温度为700℃时,随着冷却速度的增大,铁素体和珠光体组织得到了显著细化,实验钢硬度增加;随着终冷温度的降低,多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势,铁素体和珠光体含量逐渐降低,珠光体片层间距逐渐减小,贝氏体含量增加,相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加;钢中存在少量粗大的TiN和Ti_4C_2S_2粒子,冷却速度由5℃/s增大到30℃/s, TiC粒子的析出数量明显增加,平均尺寸由8.1 nm减小到6.7 nm;终冷温度由700℃降到600℃,第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少,平均析出粒子尺寸由6.7 nm减小到5.9 nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。     

高强耐候钢YQ450NQR1钒氮微合金化

 钒氮微合金化是高强耐候钢YQ450NQR1强化屈服强度的重要途径。钒氮微合金化对高强耐候钢YQ450NQR1性能的影响主要由钒和氮两部分构成,其中钒产生晶粒细化、析出强化的主要作用,氮强化钒的作用。通过高强耐候钢YQ450NQR1的钒氮积[w(V)·w(N)]研究,发现钒和氮质量分数的增加均可提高钢的屈服强度,同时钒和氮也呈乘积的方式对屈服强度产生影响。为保证高强耐候钢YQ450NQR1的屈服强度达到465 MPa,要求钒氮积[w(V)·w(N)]达到0.001 44以上。为提高连铸坯的高温塑性,降低铸坯裂纹发生的敏感性,氮质量分数需控制为0.012%～0.014%。     

高强IF钢第二相粒子的应变诱导析出行为

在 Gleeble- 3500型热模拟试验机上,利用应力松弛试验研究了含磷高强IF钢第二相粒子的析出行为。结果表明,微合金元素析出钉扎住了位错与晶界,导致应力松弛曲线呈现出3个阶段的特征。试验用钢的PTT曲线呈现典型的“C”曲线形状,最快析出的鼻子点温度约为850 ℃,在此温度下,第二相粒子析出开始时间与结束时间分别为14和246 s,随着弛豫时间的增加,第二相粒子的析出数量逐渐增多,形貌逐渐粗化,析出粒子为Ti4C2S2 和TiC,主要呈圆形颗粒形貌。由于试验钢种采用磷强化,在析出的第二相粒子中存在棒形和长条形FeTiP,同时由于磷的晶界偏聚,所以FeTiP同样存在晶界析出的规律。     

钛微合金化IF钢第二相粒子应变诱导析出行为

 在Gleeble-3500热模拟试验机上,利用应力松弛试验研究了钛微合金化IF钢奥氏体区第二相粒子析出行为。试验结果表明：因第二相粒子析出钉轧位错与晶界,应力松弛曲线呈现出3个阶段的特征。试验钢的析出-时间-温度曲线呈现出典型的“C”曲线形状,最快析出鼻子点温度约为900 ℃,在此温度下,第二相粒子析出开始时间与结束时间分别为10 与160 s;随着等温弛豫时间的延长,第二相粒子析出数量逐渐增加,当弛豫时间超过析出结束时间后,析出物数量将不再增加而尺寸增加。试验用Ti-IF钢主要观察到TiN、Ti4C2S2、TiC 3种析出物,Ti4C2S2与TiC沉淀物的形状和尺寸相差不多,无法从形状和大小上来区分,易于沿奥氏体晶界或亚晶界析出,奥氏体亚晶的尺寸大约分布在0.1～0.4 μm。900 ℃应变诱导析出物数量较800 ℃多,该结果与试验钢PPT曲线析出鼻子点温度900 ℃是相符的。对于Ti-IF钢,其热轧工艺过程应有利于C,N化物的析出和聚集长大,最终形成粗大、稀疏的第二相粒子,因此宜采用“三低一高”快速大压下的热轧工艺制度,以提高Ti-IF钢的深冲性能。     

罩式退火铌微合金化汽车钢的强化机理

 通过比较相同冷轧与罩式退火工艺下Mn-Si系和铌微合金化2种汽车用低合金高强钢的显微组织与力学性能,研究微量铌在冷轧罩式退火低合金高强钢中的强化机理。利用OM、SEM、TEM和拉伸试验机分别对2种钢的显微组织与力学性能进行了表征。对比分析表明：相对热轧板来说,2种钢冷轧退火板的铁素体晶粒和第二相析出物的尺寸都有所长大,导致了强度降低。相对Mn-Si钢而言,铌微合金化钢热轧板和冷轧退火板中的铁素体晶粒和第二相析出物尺寸更细小,细小第二相析出物的数量也更多,在相同的伸长率水平下明显提高了强度。冷轧罩式退火板的强化机理分析表明,铌微合金化低合金高强钢的主要强化方式是细晶强化和NbC的沉淀强化;研究认为添加质量分数为0.025%的铌时细晶强化更强烈。     

微Ti钢焊后冷却过程中的第二相粒子

用透射电子显微镜研究了系列微Ti钢中焊接热模拟冷却期间第二相粒子尺寸分布参数与试样成分（钛和铌含量）、冷却时间t8/5以及冲击韧性的关系。试验结果表明，钢中细小弥散的第二相粒子对冲击韧性的改善具有重要的作用；焊后冷却期间，高温未溶的细小第二相粒子发生了溶解、长大和析出，皆与试样成分及冷却时间有关。Ti-Nb钢中第二相粒子（Ti,Nb)N的稳定性不如Ti钢中的TiN。Ti、Nb复合微合金化对焊后韧性的改善作用不如仅用微Ti合金化的钢。     

卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子及晶粒尺寸的影响

采用热模拟技术，研究了卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子析出行为及晶粒尺寸的影响，结果表明，卷取温度的变化，对TiN,TiS和Ti4C2S2粒子的影响不大，但对TiC粒子的影响较大，高温卷取有利于TiC粒子的析出，长大，高温卷取有利于铁素体晶料珠长大，碳含量较高，会析出较多的TiC粒子，对退火织构的发展不利。     

稀土铈对钛微合金钢中TiC和Ti（C，N）析出的影响

摘要：采用扫描电镜对不同稀土含量钢中的稀土碳化物复合相进行观察，随着稀土含量的增加，在晶界析出的稀土夹杂物数量不断增加，抑制了在晶界连续析出的TiC，降低了大尺寸TiC，Ti(C,N)的数量。稀土与碳化物主要复合相变化顺序为CeAlO3-TiC→Ce2O2S-TiC/CeS-TiC→CeP-TiC；其中CeAlO3、Ce2O2S和CeS复合相主要为5μm以下的球形、近球形；CeP复合相主要为大于5μm的条状。采用OTS夹杂物统计软件对不同稀土含量的实验钢进行统计，随着稀土含量的上升，2μm以下的TiC、Ti(C,N)数量先上升后下降，在稀土质量分数为130×10-6时达到最佳；10μm以上的大尺寸TiC、Ti(C,N)呈下降趋势。TiC、Ti(C,N)颗粒的平均尺寸在降低。但是当稀土质量分数达到190×10-6时，小尺寸TiC、Ti(C,N)的数量下降；颗粒平均尺寸上升。     

超快速冷却条件下Ti 微合金钢中纳米碳化物及其强化作用

具有较高强度的Ti微合金钢已广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域.针对超快速冷却条件下（轧制冷却速度高达64 ℃/s）的Ti微合金钢,采用无损电解提取技术获得Ti微合金钢中的纳米碳化物. 在此基础上,运用化学相分析、X射线小角散射及透射电镜综合分析纳米碳化物的物理化学特征,并考察其强化作用. 结果表明:Ti微合金钢中存在大量纳米尺寸的Fe_xC、TiC析出物,其平均粒度分别为76.06 nm和133.95 nm;同时,超快速冷却条件强化了Fe_xC的析出行为,使得其析出强化增量达到243.8 MPa,而TiC的析出强化增量仅为63.1 MPa;然而,钢中每增加0.01 %（质量分数）的TiC析出物（＜40 nm）却可大幅贡献强化增量77.1 MPa,远高于Fe_xC析出物（＜40 nm）的强化贡献量. 因此,强化TiC的析出行为在提高钢屈服强度方面具有重要潜力.      

轧制工艺对Ti微合金化马氏体钢力学性能的影响

 通过采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射以及相分析等手段来观察组织的微观结构和对析出相的验证,研究轧制温度对轧态Ti微合金化马氏体钢强度的影响。研究结果表明,通过降低轧制温度可以明显提高含Ti马氏体钢的屈服强度,这主要是因为当轧制温度从1100℃降低到950℃过程中,形变诱导析出大量的TiC析出相,随着轧制温度的降低,析出相数量明显增加,并且平均尺寸也逐渐变小。马氏体中大量存在的1～20nm范围的析出相可以起到明显的析出强化作用。     

Ti与Nb微合金化汽车用钢二相粒子及织构研究

Ti与Nb微合金化汽车用钢中较大的二相析出粒子为方形的TiN,尺寸80~120 nm;较小的二相粒子主要为TiC、NbC及其复合析出物,尺寸12~25 nm;最小的析出粒子尺寸约3 nm,能谱分析为NbC。钢中析出的二相粒子均匀分布在基体中。试验钢的热轧织构主要由{001}110、{112}110、{111}110组分组成,同时也包含有γ和α组分,取向密度≥5。冷轧织构主要由高密度的γ织构和α织构组成,不稳定择优取向比热轧织构少。退火后组织中的α织构强度减弱,而γ织构呈管状分布且强度增加。从热轧到冷轧再从冷轧到退火,其织构具有遗传性。     

700MPa冷弯型钢组织性能及第二相分析研究

本文主要针对通过Nb、Ti等微合金元素强化的700MPa冷弯型钢的不同力学性能样品进行微观组织和第二相粒子进行分析研究,发现发生了珠光体相变的组织,晶粒相对粗大,性能偏低,有贝氏体相变能大大提高材料的力学性能;通过物理化学相分析法检测试验钢的第二相类型主要为TiC、Ti N和M3C相,钢卷不同部位第二相析出量和尺寸均有不同;同时,过小的位错强化增量和固溶强化增量均会造成力学性能偏低,因此只能通过沉淀强化和细晶强化来达到提高试验钢强度的目的。     

Ti-IF钢第二相粒子在热轧过程中析出行为的热模拟研究

对Ti-IF钢进行再加热、热轧及卷取等过程的热模拟试验，用透电镜对样品中析出物的形貌进行了观察，系统研究了各析出物在热轧过程中变化的全过程。结果表明，TiN粒子在热轧和卷取过程中变化不大、比较稳定；TiS和Ti4C2S2粒子在热轧过程中断续析出、长大，并发生TiS与Ti4C2S2的转变；TiC粒子主要在热轧在卷取过程中析出、长大。     

低成本钛元素合金化超高强度钢的组织及力学性能

针对低成本超高强度钢的开发问题,在国外材料基础上设计开发了低成本Ti微合金化超高强度钢,弥补了国内相关产品空白;同时通过力学测试、微观组织表征、析出相分析等方法揭示了Ti微合金化对试验钢的组织性能影响规律及强韧化机制,为低成本超高强度钢板新材料的工业化应用提供数据积累与理论支撑。试验结果表明：Ti微合金化试验钢与基础钢相比,屈服强度相当,断面收缩率从33%提升至44%,低温冲击韧性也从22.6 J提升至26.7 J,可见Ti微合金化试验钢具有更好的塑韧性匹配;其主要原因是Ti微合金化试验钢中有较多的MC型和M₃C型碳化物析出,使得基体中固溶的C质量分数从0.287%降至0.247%,同时Ti微合金化使得试验钢的原奥氏体晶粒由9.5级细化至11.0级,有效晶粒尺寸从1.8μm降低至1.3μm。计算结果显示：Ti微合金化试验钢碳当量较基础钢明显降低,因此焊接性能更好;Ti微合金化试验钢通过降低固溶强化、提高位错强化和细晶强化以及析出强化,实现了屈服强度的提升,并保障了韧性和工艺性能。