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。      

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。     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征(夹杂物种类、尺寸分布和体积分数)对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物(包含稀土氧硫化物)与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10-4时其体积分数达到53%.      

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.      

Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响

研究了Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响.研究发现:用Al处理时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物和细小的TiN.Al的氧化物和TiN不能促进晶内铁素体的形成,焊接粗晶区主要由粗大的晶界铁素体和平行排列的侧板条铁素体组成.用Ti处理时,钢中形成大量的Al、Ti、Mg、Ca复合氧化物夹杂,其颗粒大小为0.5～3.0 μm,同时还有一定量细小的Ti的氮化物.复合Ti的氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力,焊接粗晶区主要由晶界铁素体、少量的侧板条铁素体和大量的晶内针状铁素体组成.随焊接热循环高温保温时间增长,晶界铁素体粗大,侧板条铁素体数量减少.相变区的冷却速度减慢,晶界铁素体数量增多,针状铁素体的尺寸显著增大.     

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。     

冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响

摘要：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1200℃保温3min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。     

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。     

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.     

钢中铝对钛氧化物及针状铁素体形成的影响

通过热力学计算及实验,研究了Al含量对含Ti钢中的夹杂物和凝固组织的影响.研究发现:ω(Al)＞0.003%时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物,该类夹杂物不能促进针状铁素体的形成,组织由平行排列的侧板条铁素体组成.ω(AI)＜0.003%时,钢中形成大量的Ti、Al、Ca、Si、Mn复合氧化物夹杂,其颗粒小于3μm.复合Ti的氧化物具有促进针状铁素体形核的能力,组织由大量的针状铁素体组成.     

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。     

低合金钢焊接粗晶区连续冷却铁素体相变规律

 利用焊接粗晶区连续冷却淬火方法,对比分析了钛处理钢和普通C Mn钢焊接粗晶区连续冷却不同阶段的相变组织,研究了铁素体相变规律。结果表明,C Mn钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体;钛处理钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体+晶内铁素体组织。在钛处理钢中,晶界铁素体、魏氏组织铁素体和晶内铁素体的相变开始温度相同,但各自长大的动力学条件不同。当晶内铁素体和魏氏组织铁素体竞争发生相变时,晶内铁素体在晶内弥散分布氧化物夹杂上的非均质形核抑制了魏氏组织铁素体向晶内的长大。     

In Situ Observation of Acicular Ferrite Nucleation and Growth at Different Cooling Rate in Ti-Zr Deoxidized Steel

Metallurgical and Materials Transactions B - The effects of cooling rate on acicular ferrite (AF) nucleation, growth, and inclusion characteristics in Ti-Zr deoxidation steel were studied by...     

Nucleation Behavior Analysis of Intragranular Acicu-lar Ferrite in a Ti-killed C-Mn Steel

By using a Gleeble 3500Dthermo-mechanical simulator,the nucleation behavior of intragranular acicular ferrites(IAF)was studied in a Ti-killed C-Mn steel.During continuous cooling transformation,the allotriomorphic ferrite(AF)and ferrite side plate(FSP)microstructures grew more rapidly with the temperature decreasing from800to 650℃,and the IAF microstructure was dominant within austenite grain with further cooling to 600℃.The diffusion bonding experiment and the effect of C,Mn and Si concentrations on the Ae3temperature by thermodynamic calculation confirm that Ti2O3itself absorbs neighboring Mn atoms to form Mn-depleted zone(MDZ),which promotes the nucleation of IAF microstructure effectively.High temperature holding tests indicate that the nucleation potential of IAF microstructure was lowered in the Ti-killed C-Mn steel when it was treated at high temperature(1 250℃)for a longer time,which is attributed to the saturated absorption degree of Mn atoms by titanium oxide.     

In situ observation of growth behaviour of acicular ferrite in low-carbon steel containing 13 ppm magnesium

SS400 steel with 13?ppm magnesium was prepared to study the effects of supercooling degree on the formation behaviour of acicular ferrite (AF) and microstructures of Mg-containing low-carbon steel. The inclusions characterised using an automated inclusion analyzer, ASPEX, were mostly MnS, MgAl₂O₄ and MgO with sizes of 1–2?μm. The growth behaviour of AF during the cooling process for austenite transformation to ferrite and continuous cooling temperature diagram was investigated using in situ observation with high-temperature confocal laser scanning microscopy. The initial formation temperature of AF decreased with increasing cooling rate. The temperature of AF transformation was in a narrow range of around 100–150?K. The probability of AF nucleation from inclusions and the average AF lath growth rate increased with increasing cooling rate due to the larger driving force and thermal strain energy around the inclusions during the cooling processes.     

Effect of Aluminum and Titanium Treatment on Non-Metallic Inclusions and Microstructures of CGHAZ in HSLA Steel

The Effect of A1 and Ti treatment on non-metallic inclusions and microstructures of coarse-grain HAZ in HSLA stee1 was investigated in this paper based on experiments and thermodynamic calculations.The results showed that the inclusions in A1 treated steel were mainly aluminum oxides and titanium nitrides which could not promote the formation of acicular ferrite microstructures.Microstructure of coarse-grain HAZ in A1 treated steels consists of heavy grain boundary ferrite and ferrite side plate.The inclusions in Ti treated steel were A1,Ti,Mg,Ca composite oxides with size in the range of 0.5-3μm and titanium nitrides with size less than 0.3μm.Ti composite oxide could promote the formation of acicular ferrite and microstructures of coarse-grain HAZ in Ti treated steel consists of grain boundary ferrite,small amounts of ferrite side plate and large amounts of intragranular acicular ferrite.The size of grain boundaries ferrite was increased and the amount of ferrite side plate was decreased with the increase of soaking time at the peak temperature.The amount of grain boundary ferrite and the size of acicular ferrite were also increased with the increase of cooling rate during ferrite phase formation.     

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.