薄板坯连铸连轧工艺生产的Nb、Ti复合微合金化热轧带钢的强化机制

对具有高、低屈服强度的薄板坯连铸连轧工艺生产的Nb、Ti复合微合金化钢的热轧板进行了组织分析,研究了强化机制.组织分析表明,板卷均为铁素体组织.但具有高屈服强度的板卷铁素体呈现出非多边形特征,位错密度较高,晶粒明显小于低屈服强度的板卷.两类板卷中的复合型星形析出物较多,平均尺寸140-150 nm,消耗了钢中50%的Nb.强化机制研究表明,铁素体晶粒细化强化是主要强化机制,占总屈服强度的(43-46)%;两类板卷的析出强化效果微弱,只占总屈服强度的(4-6)%.位错强化与晶粒细化强化是板卷具有高屈服强度的原因.     

V、V-N与V-Nb微合金化对高强船板钢组织与性能的影响

通过对高强船板钢进行V、V-N及V-Nb微合金化,研究了3种微合金化方式对热轧态及正火态试验钢组织和性能的影响。结果表明:热轧和正火条件下,V、V-N与V-Nb微合金化均能有效提高试验钢的强度,并细化铁素体晶粒。V微合金化后,每加入0. 01%V试验钢屈服强度提高4～7 MPa; V-N微合金化后,每加入0. 01%V屈服强度提高10～12 MPa。正火处理使得V、V-N与V-Nb微合金钢的析出强化作用减弱,细晶强化作用增加。综合比较,V-N微合金钢在热轧与正火条件下能获得更为优异强韧性匹配。     

氮含量对V-N微合金化高强钢筋微观组织及力学性能的影响

采用拉伸试验和显微维氏硬度试验对氮含量不同的3种V-N微合金化高强钢筋进行了力学性能测试。试验结果表明,试验钢的强度和硬度随氮含量的增大而增大,断后伸长率随含氮量的增大而减小。采用金相显微镜(OM)对不同氮含量的V-N微合金化高强钢筋室温组织进行了观测,试验钢热轧后冷却的室温显微组织为铁素体和珠光体,平均晶粒截距随氮含量的增大而减小。采用扫描电镜(SEM)对3种试验钢的拉伸断口进行了观测,断口组织均为韧窝断裂,随氮含量的增大,韧窝由大变小,由深变浅。经过晶粒尺寸、第二相以及位错对屈服强度贡献的计算,随氮含量增大,V-N微合金化高强钢筋的主要强化机制由细晶强化向沉淀强化过渡。     

热处理对Ti微合金化马氏体钢强度的影响

对Ti微合金化马氏体钢经不同工艺热处理后的屈服强度进行了研究,并分析了其强化机制。研究表明,Ti微合金化使钢中形成细小的TiC析出相,可以提高马氏体钢的屈服强度。经过回火与再加热淬火工艺处理后,可形成1～10 nm的TiC析出相,使得马氏体钢晶粒细化到约8μm。理论计算与实验数据关于TiC提供的析出强化与细晶强化效果良好吻合,即通过Ti微合金化及回火再加热工艺,由TiC析出相提供的析出强化达到188 MPa,TiC钉扎晶界使得晶粒细化而产生的细晶强化效果为80 MPa。     

Nb/V/Ti微合金化对20MnSi钢组织和力学性能影响

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸，经热轧-空冷后晶粒明显细化，晶粒尺寸可达12级，综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋，并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标。根据理论模型计算，晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54%、22%和17%,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低，析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7%,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著。     

卷取温度对钒氮微合金化热轧钢板组织与力学性能的影响

通过金相显微组织观察、第二相的析出形貌分析、拉伸和冲击试验研究了不同卷取温度对钒氮微合金化热轧钢板组织与力学性能的影响.试验结果表明,卷取温度为600℃时,钢的主要强化方式为细晶强化,组织分布均匀,晶粒最为细小,第二相析出物明显增多,获得了最佳的综合力学性能:铁素体晶粒尺寸为7.1 μm,屈服强度为497.5 MPa,...     

V、N、Nb微合金化对薄板坯连轧带钢组织和性能的影响

在试验室模拟薄板坯连铸连轧过程,板坯均热后被轧制到7mm厚并通过控冷来模拟辊道冷却和带钢的缓慢卷取过程.本文选用低碳钢,研究了V、N、Nb微合金化对其组织和性能的影响.通过试验证明在V-N钢中加入Nb对钢的强化机制有较大影响,使V-N-Nb钢中的析出强化增大,这表明V-N-Nb微合金化可充分地发挥微合金元素在钢中的析出强化作用,析出强化对屈服强度的贡献比V-N微合金化提高17MPa.     

1000 MPa级热轧双相钢的微观组织及强化机制

研究了分段冷却工艺(超快冷+空冷+层流冷却)条件下一种钒微合金化双相钢的微观组织及强化机制。结果表明：试验钢的显微组织由(80.5%～83.7%)超细晶多边形铁素体和(16.3%～19.5%)块状马氏体组成,且80%以上的铁素体晶粒尺寸在1.0～2.5 μm之间,粒子直径为4～9 nm的V(C, N)弥散的分布于铁素体基体中并与高密度位错交互作用而钉扎位错。在细晶强化、析出强化、位错强化及第二相马氏体强化的综合作用下,试验钢的抗拉强度达到1000 MPa以上,且具有优异的综合性能：Rm≥1000 MPa,RP0.2≥530 MPa,δ≥23.5%,RP0.2/Rm≤0.54,n≥0.23。     

空冷弛豫对铌微合金化热轧TRIP钢组织性能的影响

通过热轧试验研究了轧后空冷弛豫时间对铌微合金化热轧TRIP中厚板组织和力学性能的影响,结合光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及XRD分析了弛豫过程各组成相的尺寸、含量变化以及铁素体基体上的位错组态和微合金碳氮化物的析出行为.结果表明,采用820 ℃终轧并弛豫80～120 s后超快冷的工艺可以得到含有铁素体、贝氏体和残留奥氏体的多相组织,弛豫时间显著影响铁素体晶粒尺寸、铁素体量以及铁素体基体上的位错密度和沉淀析出量.随着弛豫时间的延长,试验钢的屈服强度和抗拉强度呈降低趋势.空冷弛豫80 s时,试验钢的抗拉强度、伸长率和强塑积分别达到820 MPa,37.5%和30750 MPa·%的最大值.     

冷轧压下量对钒微合金化TRIP钢组织性能的影响

研究了冷轧压下量对钒微合金化TRIP钢组织性能的影响。结果表明,增加冷轧压下量,连续退火试样中铁素体体积分数减少,贝氏体体积分数增多;块状残留奥氏体晶粒尺寸有所减小,体积分数增多,达到16.2%,大多弥散地分布于晶界处;直径大多在3~10 nm之间的细小V(C,N)析出粒子弥散分布于基体组织,并与高密度位错交互作用而钉扎位错。冷轧压下量增加至83.6%,强度增加,尤其屈服强度增加了150 MPa;伸长率和强塑积均提高,强塑积达到24603 MPa·%。     

V、N、Nb微合金化对薄板坯连轧带钢组织和性能的影响

在试验室模拟薄板坯连铸连轧过程，板坯均热后被轧制到7mm厚并通过控冷来模拟辊道冷却和带钢的缓慢卷取过程。本文选用低碳钢，研究了V、N、Nb微合金化对其组织和性能的影响。通过试验证明在V-N钢中加入Nb对钢的强化机制有较大影响，使V-N-Nb钢中的析出强化增大，这表明V-N-Nb微合金化可充分地发挥微合金元素在钢中的析出强化作用，析出强化对屈服强度的贡献比V-N微合金化提高17MPa。     

微合金元素对V-N中碳微合金钢组织和性能的影响

采用金相显微镜和透射电镜等分析方法研究了微合金元素对V-N中碳微合金钢组织和性能的影响.结果表明,V-N中碳微合金钢的热轧态组织为铁素体+珠光体组织,随着钢中V、N含量增加,铁素体含量增多,晶粒变细;微合金钢中的V、Ti、N等元素主要以V(C,N)和V(C,N)+Ti(C,N)形式析出,其中V(C,N)颗粒细小,而V(C,N)+Ti(C,N)颗粒较粗大;细小、弥散分布在钢中的V(C,N)相以析出强化的方式改善了中碳微合金钢的综合力学性能;而适量的Ti在钢中形成弥散分布的TiN相阻止热加工过程中奥氏体晶粒的过分长大,细化了微合金钢的组织.     

V-N微合金钢的析出行为预测分析

基于JMatPro热力学模拟软件对V-N及V-N-Cr微合金钢中平衡相析出行为进行研究,并与轧制过程获得的V-N-Cr微合金钢的析出行为进行了对比。结果表明:V-N钢与V-N-Cr微合金钢具有多种相同的析出第二相,包括MN、Al N、MnS、M(C,N)、M23C6、M6C析出相,M(C,N)和MN的析出强化作用较明显。Cr元素的添加能促进V(C,N)析出,阻碍VN析出。V-N-Cr微合金钢的TEM组织中多边形铁素体基体含有大量的高密度位错,V(C,N)析出相细小,弥散分布,包含两种尺寸类型,尺寸在10～20 nm的V(C,N)析出相,主要在第一阶段轧制及等温阶段形成。尺寸在3～5nm的析出相,在精轧阶段后期缓慢冷却过程中形成。这与JMatPro软件所计算预测出的M(C,N)高温析出阶段和低温析出阶段的结果基本相同。     

新型700 MPa级高强锚杆钢的微观组织及强化机制

自主设计了700 MPa级高强锚杆钢,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等对其微观组织与性能进行了系统测试与表征,并进一步讨论了其强化机制。结果表明,该锚杆用钢的显微组织为珠光体和铁素体复相组织,铁素体呈细小的等轴状,珠光体呈长条形片层状分布,组织中珠光体体积分数约为43%;铁素体基体上析出了大量小于20 nm的纳米级V(C, N)粒子;试验钢屈服强度约为734 MPa,抗拉强度约为936 MPa,断后伸长率约为15.1%,屈强比约为0.78,具有良好的综合性能;该锚杆钢的强化机制为细晶强化、固溶强化、位错强化及析出强化的耦合强化,其中,细晶强化及固溶强化引起的强度贡献约占总强度值的73%。     

富氮钒铌微合金化控冷工艺制备600MPa级抗震钢筋应用研究

采用拉力试验机、金相显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、扫描电镜和冲击试验机对富氮钒铌微合金化控冷工艺制备的600MPa级抗震钢筋的力学性能、显微组织、析出相、断口形貌、冲击韧性及时效性进行了研究。结果表明:该钢筋具有良好的强韧性、抗震性及低应变时效性,力学性能优异。该钢的显微组织为铁素体+珠光体+少量细小贝氏体(含量5%~10%),组织配比及形态较好。该钢的铁素体基体、晶界及位错线上析出了大量尺寸2~20nm的细小弥散的V(CN)、Nb(CN)析出相,其析出相数量分别占总钒、总铌量的65%以上,起到了较好的沉淀强化及细化晶粒作用。该钢筋拉伸断口呈韧窝状,韧脆转变温度低于-30℃,具有较好的塑韧性和低温冲击韧性。     

Ti-Nb复合微合金化高强度钢强化机理研究

以国内某钢厂的热轧高强度钢为研究对象,进行拉伸试验,利用OM和TEM分析了钢显微组织、第二相析出粒子形貌和尺寸等.结果表明,实验钢的屈服强度657 MPa、抗拉强度744 MPa、伸长率18.7％.微合金元素的加入使钢材晶粒明显细化,屈服强度的细晶强化增量为321.5 MPa,为提高材料强度的主要强化机制;研究析出的第二相粒子可知,基体中纳米级析出的(Nb,Ti)(C,N)粒子阻碍位错运动,是提高材料强度的主要机制之一,起到析出强化作用,屈服强度的析出强化量为78.58 MPa.     

V-N微合金钢在线快速感应回火工艺中V(C,N)析出强化机制

利用SEM、TEM以及三维原子探针(3DAP)等分析方法,研究了V-N微合金钢在线快速感应回火过程中,不同保温时间对力学性能以及析出强化机理的影响。结果表明,未经回火组织为粒状贝氏体;经过600℃回火后,组织为粒状贝氏体+铁素体。试样在600℃回火,保温300 s,硬度和屈服强度出现峰值,分别为330.45 HV和815 MPa,与未回火试样相比,屈服强度增加了173 MPa。屈服强度的增加主要依靠V或者VN原子团簇,团簇中V、N原子的分布近似单原子层,类似析出相的GP区,其内部总的原子数量在20～100个之间,这些细小的纳米团簇与位错有较强的相互作用,与V(C, N)析出相相比,V或VN团簇具有更佳的强化效果。     

富Cu析出强化贝氏体超高强钢的组织特征及强韧化机制

由于传统超高强钢高的碳含量导致其焊接性严重恶化,低碳含量的含Cu超高强钢因具有优异的焊接性而受到广泛关注,在高载荷焊接结构中具有较好的应用前景.为了获得更为优异的强韧性,将铁素体低碳纳米富Cu超高强钢的基体组织优化为板条贝氏体,分析了优化后试验钢的微观组织及纳米富Cu析出相晶体结构的特征,并基于常温拉伸试验及示波冲击试验探究了试验钢的强韧化机制.结果 表明:该板条贝氏体低碳纳米富Cu析出强化超高强钢的强韧性能匹配优异,其屈服强度为1334 MPa,-40℃冲击吸收能量为63.5J.该试验钢贝氏体基体中含有大量1～～5 nm尺寸的B2型富Cu析出相.纳米富Cu相的析出强化是主要强化的机制,对屈服强度的贡献约700 MPa;而且细小的晶粒尺寸(3.11μm)、较高的位错密度(8.2x 1013 m-2)也有效地提高了试验钢的屈服强度,细晶强化和位错强化增量分别约305和215 MPa.试验钢中的贝氏体板条束亚结构对裂纹扩展起到阻碍作用,使其在提高强度的同时仍具有良好的冲击韧性.     

Nb-Mo微合金化对δ-TRIP钢组织和力学性能的影响

采用SEM、TEM、EBSD等分析了Nb-Mo微合金化对δ-TRIP钢力学性能、组织结构的影响。结果表明:Nb-Mo微合金化试验钢及对照钢均为复相组织,主要由δ铁素体、贝氏体、α铁素体和残留奥氏体等构成。添加微量Nb-Mo元素后,试验钢组织中残留奥氏体含量略有增加,同时伴随着大量纳米级Nb-Mo碳化物析出;并且试验钢的力学性能明显改善,其抗拉强度达到1044 MPa,伸长率为22. 4%。微观组织表征结果表明:其主要强化机制为残留奥氏体的相变诱发塑性(TRIP)效应以及纳米尺寸Nb、Mo碳化物通过钉扎晶界和位错,从而达到细晶强化和第二相颗粒强化。     

热锻温度对V-N中碳微合金钢组织和性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等分析方法研究了热锻温度对V-N中碳微合金钢的组织和性能的影响.结果表明,提高热锻温度有利于钢中珠光体比例的增加,降低铁素体晶粒尺寸和减少珠光体片层间距,但不能改变析出相的大小和分布;随着热锻温度的提高,其硬度和强度增加,而韧性降低,在1200 ℃热锻时,屈服强度和抗拉强度分别达到840 MPa、1050 MPa.