冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响

为了探究冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响,采用相变仪设备对铸带重新加热并进行不同冷却速率冷却,采用光学显微镜、场发射电子探针和电子背散射衍射等手段对微观组织和针状铁素体形核所利用的夹杂物进行了分析。结果表明,铸带经1 200℃保温3 min后,原奥氏体晶粒尺寸约为150～650μm,可以满足晶内针状铁素体形核对原奥氏体晶粒尺寸的需要。在2～5℃/s的冷却速率范围内,试样中得到了大量的针状铁素体组织,冷却速率为2℃/s的试样中大角度晶界所占比例约为60%;当冷却速率大于20℃/s,针状铁素体的形成受到抑制。铸带中针状铁素体形核所利用的夹杂物是Ti-Al-Si-Mn-O+MnS复合夹杂物。     

低合金高强钢中针状铁素体控制的综述

在低合金高强钢中，形成大量的针状铁素体是满足高强度和高韧性的主要方法。影响针状铁素体体积分数的几个关键因素在不同的文献均有体现，也有综述文献总结了针状铁素体形核机制和有利于形核的夹杂物特征，但是并没有系统地总结各因素变化带来的影响。本文总结了奥氏体晶粒尺寸、冷却速率、夹杂物成分、夹杂物尺寸的变化对针状铁素体体积分数的影响。得出结论如下：奥氏体晶粒尺寸为100～200μm、冷却速率为5～10℃/s、夹杂物尺寸为1～2μm和（Ti、Mg、Zr）O_x夹杂物均有利于促进针状铁素体形核。     

奥氏体化温度对Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变的影响

Ti、Zr的复合氧化物可以有效诱导针状铁素体形核,从而细化晶粒。为了研究Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了质量分数为0.038%钛和0.008%锆。利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了奥氏体化温度对针状铁素体转变行为的变化,使用扫描电镜观察了Ti–Zr处理钢种的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同奥氏体化温度下的微观组织变化差异。结果表明,随着奥氏体化温度从1250 ℃增加至1400 ℃,奥氏体晶粒尺寸从125.6 μm 增加至279.8 μm,针状铁素体开始转变温度和侧板条铁素体开始转变温度先增加,在1350 ℃条件下达到最大值,后又降低,针状铁素体的体积分数由39.6%增加至83.6%;Ti–Zr处理钢中核心为Zr–Ti–O,外部为Al–Ti–Zr–O的氧化物为核心表面析出MnS的复合氧化物主要集中在1.5～3 μm,可以有效促进针状铁素体形核,贫Mn区和夹杂物与铁素体之间的良好晶格关系为该型夹杂物能够促进针状铁素体形核机理。奥氏体晶粒尺寸的增加导致多边形铁素形核位点的减少和针状铁素体的形核空间的增加,钛锆复合处理形成大量的有效诱发针状铁素体形核的夹杂物,这共同导致了针状铁素体体积分数增加。      

微合金钢中氧化物夹杂对焊接热影响区组织、性能的影响

研究了一种微合金钢中夹杂物与模拟焊接热影响区微观组织以及低温冲击韧性的关系.结果发现:实验钢夹杂物以类球状Ti₂O₃-Al₂O₃-MnS型复合夹杂为主,分布较为均匀且尺寸小于3μm;在相变冷却时间较短(T_8/5=40s)时,试样微观组织以针状铁素体和沿晶铁素体为主,板条贝氏体束较少,原奥氏体晶粒尺寸在50μm左右,低温冲击性能优良;随着相变冷却时间的延长(T_8/5=60,80s),原奥氏体晶粒尺寸也随之增大,相变温度的提高和相变区域的变宽使得位于原奥氏体晶界附近的夹杂物对晶界处多边形铁素体的诱导促进作用更加明显,沿晶铁素体长大剧烈,一定程度上消耗了晶内针状铁素体对组织的分割细化作用,使得低温冲击韧性有所降低.     

冷却速率对Ti-Zr处理钢针状铁素体转变的影响

 大线能量焊接技术在低合金钢中的广泛使用降低了低合金钢的低温韧性,向低合金钢中添加适量的钛、锆元素可以促进针状铁素体形核,细化晶粒组织从而提高低合金钢的低温韧性。为了研究Ti-Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了0.04%钛元素和0.014%锆元素;利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了冷却速率对针状铁素体转变行为的变化;使用扫描电镜观察了Ti-Zr处理钢中的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同冷速下的微观组织变化差异。试验发现,随着冷却速率从1增加至10 ℃/s,侧板铁素体的开始转变温度从770.2降低至632.4 ℃,针状铁素体的开始转变温度从731.5降低至612.6 ℃,针状铁素体的面积分数从47.91%增加至68.04%,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数比值从1.34增加至3.54,针状铁素体与侧板铁素体的开始转变温度与结束转变温度差的比值从0.52增加至0.83,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数之比与其转变温度区间之比存在正比例关系;不同冷却速率下,Ti-Zr处理钢中的主要夹杂物为ZrO₂-TiN-MnS,并且ZrO₂-TiN-MnS夹杂物可以有效促进针状铁素体形核;一方面是因为生成的贫锰区增加了铁素体转变驱动功;另一方面是因为ZrO₂-TiN-MnS夹杂物与铁素体有良好的晶格匹配关系降低了针状铁素体在夹杂物表面形核的界面能。     

X80管线钢和管线钢管的组织细化

为满足X80管线钢和管线钢管的高强韧性要求,采取的组织细化的方法包括:反复再结晶细化奥氏体晶粒;结合Nb微合金化技术的未再结晶区控制轧制;添加Mo推迟高温相变,采用加速冷却,获得针状铁素体组织;利用TiN等第二相粒子阻止奥氏体晶粒长大;控制钢中夹杂物的组成、尺寸和分布,诱导晶内针状铁素体形核,得到细小的HAZ组织.     

冷却速度对Ti脱氧钢中针状铁素体形成的影响

观察了不同冷速下获得的Ti脱氧钢的显微组织,并用能谱仪分析了夹杂物的化学成分.结果表明,在500～800 ℃,以8～15 ℃/s的速度冷却,钢中会有针状铁素体析出.氧化物冶金钢中的Ti-Al复合夹杂物诱导针状铁素体形核并促进感生形核,针状铁素体互相交织,从而产生细化组织的效果.     

20MnSi中夹杂物对针状铁素体形成的影响

 通过热模拟试验对20MnSi连续冷却过程中的相变规律进行了测定,通过电石、硅钙线脱氧及热处理得到了含有晶内针状铁素体试样,利用显微硬度仪对针状铁素体聚集区进行了显微硬度的测定,利用光学显微镜对晶内针状铁素体进行了形貌观察,利用扫描电镜和能谱仪对诱导针状铁素体生成的夹杂物的性质进行了分析。结果表明,20MnSi中可以形成晶内针状铁素体的冷却速度范围为5～20 ℃/s;能够诱发针状铁素体组织形核的夹杂物主要为MnS夹杂,其次为MnO·SiO2和MnS·SiO2夹杂,并且3类夹杂物的尺寸主要在小于3 μm的区间内;MnS夹杂促进针状铁素体形核是由应力-应变能和惰性界面能等原因共同造成的;高温加热和等温保温有利于使贫锰区减弱或消失,不利于针状铁素体的形成;高熔点夹杂物有利于诱导针状铁素体的形核,复合夹杂物和镶嵌存在的夹杂物可以为针状铁素体的形核提供多个合适的形核区,有利于促进多个针状铁素体的同时形核、长大。     

硼对低碳钢晶粒尺寸的影响

研究了硼对低碳钢晶粒尺寸的影响,结果表明:低碳钢中酸溶硼([B]s)的质量分数大于0.005%时,随酸溶硼的质量分数增加,铁素体晶粒尺寸明显变大.主要原因为硼的加入使钢的奥氏体晶粒增大,从而使铁素体晶粒尺寸变大;硼的加入抑制铁素体形核并降低相变开始的实际温度,孕育期变长,从而使铁素体晶粒尺寸变大.冷却速度为0.5～5℃/s,随冷却速度加快,晶粒尺寸明显减小;冷却速度为5～15℃/s,晶粒尺寸的变化不大.冷却速度大于5℃/s时,含硼低碳钢明显出现贝氏体,因此热轧后盘条的冷却速度最好控制在5℃/s以下.     

低合金高强钢微观组织转变机制

摘要：通过高温激光共聚焦显微镜原位观察低合金高强钢（Q345R）在热循环过程中微观组织演变规律,并结合扫描电镜和纳米压痕,研究不同类型铁素体形核、长大机制及硬度。结果表明,铁素体可在晶界、亚晶界及夹杂物上形核,多边形铁素体及链状晶界铁素体主要在晶界上形核,而侧板条铁素体可在晶界及亚晶界上形核,而针状铁素体则主要在夹杂物及已形成的铁素体上形核,且奥氏体晶界及晶内亚结构尺寸控制了铁素体尺寸;讨论了夹杂物特征参数对针状铁素体形核的影响规律,Al、Mg、Ca、S等元素的含量达到一定比值且尺寸在5μm以下的复合夹杂物更容易成为针状铁素体的诱导核心;硬度实验结果表明,不同类型铁素体组织硬度存在差别,针状铁素体硬度最大可达到4GPa。     

冷却速度对La脱氧钢中晶内铁素体形成的影响

采用光学显微镜、带能谱的扫描电子显微镜等分析技术观察了不同冷速下La脱氧钢的显微组织,并绘制了静态连续冷却转变图．实验结果发现,在4~10℃·s^-1的冷速范围内,钢中会有大量晶内铁素体形成,其中在8℃·s^-1冷却时可以获得大量细小且弥散分布的晶内针状铁素体．La脱氧钢中含La夹杂物与α-Fe相有较低错配度,其中La₂O₂S夹杂物与α—Fe相的品格错配度最小为0．2％,钢中含La夹杂物均可诱导晶内针状铁素体形核并可促进感生形核．进而细化组织．     

Intragranular Ferrite Formation Mechanism and Mechanical Properties of Non‐quenched‐and‐tempered Medium Carbon Steels

The type and size distribution of inclusions in non quenched‐and‐tempered medium carbon steels were investigated quantitatively. The effect of Ti containing complex inclusions on the formation of intragranular ferrite was studied. The continuous cooling transformation (CCT) diagrams of the tested steels were obtained for determining the cooling rate range of the formation of intragranular ferrite. The mechanical properties of the tested steels were determined at room temperature. The results show that with increasing Ti content, the fraction of Ti containing complex inclusions, which could act as nuclei for intragranular ferrite, increased and the inclusion size became smaller. In the cooling rate range of 0.5~2.5°C/s, plenty of intragranular ferrite formed, while at the rate of 2°C/s, the microstructure was mainly acicular ferrite. With the formation of intragranular ferrite, the toughness was enhanced by about 50% keeping the same strength level for the studied steels.     

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程.实验结果表明：C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS＋硅铝酸盐夹杂转变为La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体＋贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除,MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.     

L360NB管线钢连续冷却转变(CCT)曲线的测定和冷却速度对组织的影响

用Gleeble-1500热模拟试验机测定了L360NB管线钢圆铸坯(/%:0.14C、0.32Si、0.14Mn、0.020Ti、0.010V、0.038Nb、0.040Al)的连续冷却转变(CCT)曲线,并用光学显微镜观察了0.1～50℃/s冷却速度的组织。结果表明,当冷却速度为0.1℃/s时,钢的组织主要为板条贝氏体和准多边形铁素体,有少量针状铁素体,当冷却速度≥1.0℃/s,准多边形铁素体减少,板条状贝氏体和针状铁素体增加;当冷却速度≥10℃/s时试样的组织主要为板条状贝氏体和针状铁素体,准多边形铁素体很少,在50℃/s时未观察到块状准多边形铁素体,说明Nb、V、Ti复合微合金化促进贝氏体形成。     

低合金高强钢针状铁素体组织特征和形成机理

针状铁素体是一种具有大角度晶界、高位错密度的板条状中温转变组织,该组织能有效细化晶粒并具有良好的强韧性匹配.因此,通常在低合金高强度钢焊缝和粗晶区中,利用细小的夹杂物来诱导针状铁素体形成,形成有效晶粒尺寸细小的针状铁素体联锁组织或者针状铁素体和贝氏体的复合组织,使其具有良好的韧性.然而,相关研究对针状铁素体组织的形成机理和控制原理的解释并不十分清楚,对于针状铁素体的定义和理解也存在差异.总结了针状铁素体的本质、相变、形核、形态、晶体学取向关系、长大行为、细化机理和力学性能等方面的特征,归纳了奥氏体晶粒尺寸、转变温度、冷却速度、夹杂物类型和尺寸等对针状铁素体形成的影响,提出了针状铁素体组织形态和转变机理方面几个仍需深入研究的问题和方向.     

Microstructure and Transformation Characteristics of Acicular Ferrite in High Niobium-Bearing Microalloyed Steel

 The transformation behavior and microstructural characteristics of a low carbon high Nb-bearing microalloyed pipeline steel have been investigated by deformation dilatometry and microstructure observation. The continuous cooling transformation curves (CCT) of the tested steel was constructed. High Nb content and deformation enhancing the formation of acicular ferrite; the microstructures are range from PF, QF to AF with increasing cooling rates from 0.5 to 50℃/s and dominated by acicular ferrite in a broadened cooling rate higher than 5℃/s. The chaotic microstructure consists of non-equiaxed ferrite and interwoven ferrite laths distributed high density dislocations and sununits. The results of isothermal holding show that acicular ferrite microstructure is formed in region of 550-600℃. With the holding time or temperature increased, some low misorientations boundaries change to high misotrentationn as dislocations moving and grain boundaries coarsening.     

Formation of Intragranular Ferrite During Isothermal/Thermomechanical Processes in a Medium Carbon V-Ti-N Microalloyed Steel

For a V-Ti-N microalloyed steel with 0.34%C-1.54%Mn,intragranular ferrite (IGF) was obtained in both isothermal austenite decomposition processes and thermomechanical processes simulating the industrial seamless tubing manufacture process.Results show that with decrease of the isothermal temperature in range of 600℃ down to 450℃,not only the morphology of IGF changed from equiaxed to acicular,but also the equiaxed IGF and the acicular IGF were refined.More importantly,it is found that the amount of equiaxed ferrite increased significantly in the thermomechanical process sample water quenched from 550℃ after 800℃ deformation than that in the isothermally treated sample at 550℃ sample without hot deformation.It implies that appropriate controlled deformation with controlled cooling can significantly promote equiaxed IGF formation,and not solely rely on nucleation mechanisms related with inclusions.Hot deformation of austenite without dynamic and complete static recrystallization causes high energy regions,therefore further promotes the nucleation potency of IGF.