Gleeble模拟热轧工艺对磷非平衡晶界偏聚的影响

 采用Gleeble 3500热模拟试验机研究了轧制和卷取温度下磷元素晶界偏聚与热轧板高温热塑性的关联机制。研究结果表明,含磷钢中磷元素晶界偏聚符合空位-磷原子复合体非平衡共偏聚理论,800 ℃以上轧制温度对磷元素晶界偏聚引起的钢板脆性影响较小,而在500～650 ℃温度范围存在磷元素偏聚导致的热塑性低谷区,且在该温度区施加1%拉伸预应变将加剧磷元素晶界偏聚和钢板脆性。因此,本试验成分含磷钢热轧生产中卷取温度设定应避免550 ℃塑性低谷。     

低作用应力引起的溶质在晶界非平衡偏聚或贫化

提出了关于应力时效（高温及作用应力）引起溶质原子的晶界非平衡偏聚或贫化机理的一个新模型。此模型基于如下假设：晶界相对于完整晶体而言在强度上是弱化区。当多晶体受到一个在弹性范围内的作用应力时,晶界优先变形。若压应力作用时,晶界作为激发射空位;若拉应力作用时,晶界作为阱吸收空位,应力引起的过饱和空位与溶质原子形成复合体,此复合体在基体中的扩散速率远高于溶质原子。作用应力对晶界溶质偏聚或贫化的影响,是由复合体的扩散和溶质原子的反向扩散之间的平衡所决定。根据此模型,应力时效过程中存在一个临界时间,在此时间,应力引起的晶界偏聚或贫化程度将达到一个极大值。此模型已由ShinodaT等所作的磷在钢中的应力时效实验和MisraR D K所作的硫在钢中的应力时效实验结果所证实。     

硼向奥氏体晶界的非平衡偏聚

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量（晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度）。试验表明,这种偏聚具有如下特征:
在偏聚晶界的二侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼,是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可加以抑制,随冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显的硼相析出,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与平衡晶界偏聚的予吉相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。
试验论证了,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,与平衡晶界偏聚有明显区别,它是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。     

Nb的非平衡晶界偏聚动力学模拟与实验研究

Nb是现代高性能钢铁材料中重要的微合金化元素,其在晶界有强偏聚特性。采用3种Nb-空位复合体扩散系数分别对非平衡晶界偏聚进行拟合,根据铁-铌二元合金中Nb在晶界偏聚实验的EPMA测量结果筛选出最终的复合体扩散系数,并据此讨论了低温恒温温度,基体Nb含量,原奥氏体晶粒尺寸对非平衡晶界偏聚动力学的影响,得出了最符合实验结果的铌-空位复合体扩散系数公式。结果表明,在1 000℃恒温过程,Nb非平衡晶界偏聚的临界时间在15 min左右,临界时间常数为6.57×10⁵。从1 200℃固溶态冷却至某低温等温时,随着等温温度的升高临界时间迅速减小,Nb在晶界的最大偏聚量逐渐越小;随着基体Nb含量增加晶界Nb的最大偏聚量线性增加;随着原奥晶粒尺寸的增加临界时间逐渐增大。     

分步冷却过程中磷的非平衡晶界偏聚

研究了分步冷却过程中12Cr1MoV钢磷的非平衡晶界偏聚。从理论上计算了磷的晶界偏聚等效时间和晶界偏聚量，并用实验验证了根据动力学计算得出的磷的晶界偏聚浓度。试验结果与理论计算值相符．可为预测钢在实际服役状况下的晶界脆性提供依据。     

加钛的镍铬钢回火脆性的锑非平衡晶界偏聚机理

回火脆性的溶质非平衡晶界偏聚机理的本质是溶质非平衡晶界偏聚的临界时间引起回火脆性的临界时间.在此基础上,研究了加钛的镍铬钢回火脆性的临界时间、回火脆性的极大值和充分回火后2.7J脆-韧转变温度随回火温度的变化,并结合锑的非平衡晶界偏聚量的测量结果,论述了加钛的镍铬钢中回火脆性的锑的非平衡晶界偏聚机理.     

杂质在晶界的非平衡偏聚使C-Mn钢的热塑性恶化

C-Mn钢的热塑性一直是材料学界的研究热点之一,但是产生热塑性恶化的机制一直不清楚。为了认识C-Mn钢热塑性恶化的产生机制,根据热循环引起的非平衡偏聚理论,分析了大量国内外关于C-Mn钢的热塑性试验数据,包括塑性槽的产生,塑性回复现象,高温拉伸试验过程中固溶处理温度与试验温度之间的温差效应,冷却速率对热塑性的影响以及孔洞的形成。数据分析和计算结果表明:C-Mn钢的热塑性恶化是由于杂质元素的非平衡偏聚引起的。     

钢的晶界区弹性模量计算

基于弹性作用应力引起的非平衡晶界偏聚理论模型和动力学方程,在Misra和Shinoda的试验结果基础上计算多晶体材料钢的晶界区弹性模量。对郑磊的文章参数选择进行修正并重新计算,求得883K下2.6Ni-CrMo-V钢的晶界区拉伸弹性模量为3.50MPa;同时基于非平衡晶界偏聚和贫化的模型,分别计算773K下某钢晶界区的拉伸和压缩弹性模量,所得结果为1.395和1.076MPa,与2.6Ni-Cr-Mo-V钢的计算结果在数量级上是一致的,进一步证明非平衡晶界偏聚和贫化的理论模型作为晶界区弹性模量的计算可靠性。     

2.25Cr-1Mo合金钢回火脆化过时效现象的研究

研究了2.25Cr-1Mo合金钢在回火温度下时效处理时,发生回火脆化和回火脆化的过时效反偏聚现象。应用非平衡偏聚的动力学理论,确定了成分(%)为0.15C、2.32Cr、0.95Mo、0.009P的2.25Cr-1Mo合金钢在650℃140 h回火时钢中磷的非平衡晶界偏聚规律。试验得出,2.25Cr-1Mo合金钢650℃磷非平衡偏聚的临界时间t_c为20 h,晶界磷的原子浓度,由初始状态的0.016%提高至最大值2.79%。根据试验数据进行的动力学计算,得出的计算曲线与试验结果吻合,验证了非平衡晶界偏聚空位-复合体模型的扩散机制。     

磷元素在钢中的晶界偏聚

磷元素在钢中的晶界偏聚可以分为两类,即平衡偏聚和非平衡偏聚.介绍了这两类偏聚现象以及偏聚理论.以磷对晶界结合力、晶界扩散和晶界能的影响机理为基础,分析了磷元素对钢力学性能的影响和磷在钢中发生晶界偏聚的原因.     

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The hot ductility for C-Mn steels has been a focus of interest for a long time in materials science and engineering. However, the mechanism of loss in hot ductility is still unclear. The previous experiment data on hot ductility in C-Mn steels were studied to find out the mechanism, including the formation of ductility trough, ductility healing phenomenon, the effect of difference between solution treatment temperature and test temperature during tensile test on ductility trough, the effect of cooling rate on hot ductility and the formation of cavities at grain boundaries. Analysis for the data and calculated results show that non-equilibrium segregation of impurities at grain boundary results in the loss of hot ductility in C-Mn steels.     

Cr17铁素体不锈钢的应变速率脆性

研究了Cr17铁素体不锈钢在高温拉伸试验过程中应变速率对合金断面收缩率的影响,并对其发生机制进行了分析。合金在500℃下以不同应变速率(1.43×10-6~1.33s-1)拉伸至断裂,测试断面收缩率,并利用电子探针对晶界成分进行了观察测试。结果表明:应变速率从1.43×10-6 s-1升高至1.43×10-2 s-1,断面收缩率降低,约在1.43×10-2 s-1时达到最低值。然后,随着应变速率增加至1.33s-1,断面收缩率升高。经电子探针测试证实,断面收缩率达到最低值的样品,硫在晶界上偏聚,其他应变速率拉伸的样品没有观察到硫的晶界偏聚。基于多晶金属弹性变形的微观理论,分析这些试验结果,证实了此合金在拉伸试验中具有应变速率脆性的基本特征——临界应变速率。     

低合金钢残余元素Cu-As-Sn的晶界偏析对晶间脆性断裂的影响

用Gleeble-1500热模拟机、扫描电镜和俄歇能谱仪研究了0.10Cu-0.07As-0.05Sn对低合金钢(%:0.15C、0.36Si、1.40Mn、0.003S、0.019P)高温延塑性的影响,凝固过程中的偏析和热处理过程的晶界偏析。结果表明,Cu-As-Sn在晶界的偏析明显加剧第Ⅲ脆性凹槽区的深度和宽度,提高该区上限临界温度;连铸坯不存在明显的Cu-As-Sn晶界偏析,850℃拉伸至屈服的试样和热轧板试样存在明显的Cu-As-Sn晶界偏析,说明热变形加剧残余元素的晶界偏析。     

10B15冷镦钢连铸坯的高温塑性

通过Gleeble-1500热模拟机研究了10B15冷镦钢(%:0.17C、0.16Si、0.46Mn、0.017P、0.025S、0.0002Ti、0.000 8Als、0.001 4B)150 mm×150 mm连铸坯应变速率0.0005～0.001s-1在700～1 000℃的热塑性。结果表明,10B15冷镦钢连铸坯在850～900℃有高温脆性;应变速率的降低促进动态再结晶的发生,可以提高高温塑性;细小的B、Ti和Al的氮化物在晶界的析出起晶界钉扎作用,阻碍了晶界的滑移和动态再结晶的发生,从而使钢的高温塑性降低。     

The role of tin in the hot-ductility deterioration of a low-carbon steel

The effect of tin on the hot ductility of a 0.15 wt pct C steel is investigated using a continuous-casting thermal simulator with three cooling rates: 5 °C/s, 10 °C/s, and 20 °C/s. Non equilibrium grain-boundary segregation of tin occurs during cooling and plays an important role in reducing the steel hot ductility. There is a critical cooling rate for the Sn segregation being between 5 °C/s and 20 °C/s. When the cooling rate is higher than the critical cooling rate, the segregation caused by diffusion of tin-vacancy complexes to the boundary is dominant, leading the boundary concentration of tin to increase with decreasing cooling rate. However, when the cooling rate is lower than the critical cooling rate, the desegregation caused by backward diffusion of tin away from the boundary also takes place during cooling, leading the boundary concentration of tin to decrease with decreasing cooling rate.     

硼在奥氏体晶界的两种偏聚形式

用PTA方法研究了Fe-30%Ni合金中硼在晶界的偏聚行为。实验表明在550-1200℃保温后用不同方式冷却的试样中存在平衡与非平衡两类硼偏聚,它们各自的形成机制不同,试验条件对它们的影响不同。平衡偏聚在保温时形成,在低温区淬火时起主要作用。在高温加热后,用通常冷却速度淬火时,晶界偏聚主要来源于冷却过程中产生的非平衡偏聚,实际瘁火试样中观察到的硼偏聚是这两类偏聚的叠加。试验指出,Fe-30%Ni合金中偏聚方式有一个转折温度区,这温度受冷却速度影响,在通常冷却速度下,这个转折温度在650~750℃之间。     

硼微合金化对6Mo超级奥氏体不锈钢微观组织及耐蚀性影响

综述了6Mo超级奥氏体不锈钢凝固、热加工和热处理阶段的微观组织演化规律,并分析了合金元素对Mo偏析和σ相析出及耐蚀性能的影响规律.结合作者前期工作,重点分析了微合金化元素硼对其凝固阶段Mo偏析、热加工和热处理阶段σ相析出以及耐蚀性能的影响.硼抑制热加工过程中σ相的析出,减小析出相数量和尺寸,有利于热塑性提高;同时还可促...