含Nb热轧带钢中过冷奥氏体连续冷却转变行为

采用Formastor-FII型全自动相变仪研究了含铌热轧带钢奥氏体连续冷却过程中的相变规律,用热膨胀法结合金相法建立了含Nb和不含Nb试验钢奥氏体的连续冷却转变曲线(CCT),研究了冷却速度和合金元素Nb对组织转变的影响。结果表明,同不含Nb钢相比,含Nb钢可以在更大的冷却速度区间得到单一的贝氏体组织;在冷却速度不断增大的条件下,奥氏体向铁素体、珠光体转变开始温度显著降低。其中,不含Nb钢中,奥氏体向铁素体、珠光体转变开始温度分别降低10 ℃左右,含Nb钢中分别降低10、20 ℃左右;合金元素Nb不仅能够抑制高温转变,还能够细化铁素体晶粒尺寸,减少铁素体体积分数,而且使针状铁素体的临界冷却速度降低,扩大针状铁素体形成的冷却速度范围,有利于针状铁素体的生成。     

低碳V-N-Cr微合金化耐候钢的连续冷却转变曲线

采用Formaster-FII全自动相变仪和MMS-300热模拟实验机分别对低碳V-N-Cr微合金化耐候钢未经变形及变形的奥氏体的连续冷却转变(CCT)曲线进行了测定。结果表明:与静态CCT曲线相比,低碳V-N-Cr微合金化耐候钢奥氏体变形后的动态CCT曲线的相变温度较高,曲线整体向左上方移动;变形会大幅度增加奥氏体内部缺陷密度,促进铁素体相变发生;对于变形奥氏体,当冷速小于2℃/s,相变组织为铁素体和珠光体;当冷速大于2℃/s,开始出现粒状贝氏体和针状铁素体;随着冷却速率的增大,铁素体和珠光体组织逐渐减少,贝氏体组织增多,存在粒状贝氏体和板条贝氏体,铁素体的晶粒尺寸也逐渐减小。在20～40℃/s相对大的冷却速度范围内,V-N-Cr耐候钢由板条贝氏体和针状铁素体组织组成。     

热变形对高铌X80管线钢连续冷却转变曲线的影响

用Gleeble-3500热模拟试验机测定了一种高Mn、高Nb X80管线钢连续冷却转变(CCT)曲线,研究热变形对连续冷却相变行为的影响.结果表明:变形可以促进多边形铁素体和珠光体相变,抑制针状铁素体相变,同时可以提高相变温度,细化相变组织.变形及冷却过程中Nb(C,N)的析出,降低了奥氏体的稳定性,加速相变,但抑制铁素体晶粒长大,细化室温组织.     

DH36高强船板钢CCT曲线及针状铁素体形成研究

采用Linseie L78 RITA淬火/相变热膨胀仪测定了DH36高强度船板钢的相变点,绘制了连续冷却转变曲线。通过光学显微镜和显微硬度法分析了冷却速率对相变组织演变规律及对针状铁素体形成的影响。结果表明:冷却速率0.5~3℃/s时,转变产物为多边形铁素体和珠光体;冷却速率5~10℃/s时,转变产物为大量针状铁素体和少量贝氏体,珠光体消失;冷却速率15~100℃/s时,转变产物主要由粒状贝氏体和铁素体组成,并开始形成板条马氏体,随冷速的增加其显微硬度呈增大趋势。5~7℃/s的冷却速率范围是获得针状铁素体的最佳冷速区间,在7℃/s冷速下,观察到了Al-Si-Ti-O-S-Mn系复合夹杂物所诱发的呈发散状多维形核的晶内针状铁素体。     

变形条件和冷却速率对低碳含Nb钢的相变及纳米析出的影响

利用Gleeble 3800热模拟试验机,研究了奥氏体再结晶和未再结晶组织对低碳含Nb钢连续冷却转变行为的影响,并对不同变形温度及冷却速率下Nb(C, N)的纳米析出行为进行了研究。结果表明,未再结晶区奥氏体的变形能够为多边形铁素体提供更多的相变形核点,扩大铁素体相变区,并且能够细化铁素体晶粒;相比于再结晶区1050℃单道次变形,未再结晶区的第二道次变形能够促进Nb(C, N)的析出,其中910℃变形时Nb(C, N)的析出量最多,850℃次之;冷却速率的增大能够抑制Nb(C, N)在奥氏体中的析出,但能够促进其在铁素体中析出;对于本试验钢,10℃/s的冷却速率即可抑制Nb(C, N)的析出;Nb(C, N)的析出粒子平均粒径随着冷却速率的增加而减小。     

未再结晶区变形对X80级管线钢相变及组织的影响

通过Gleeble模拟双道次压缩变形后的连续冷却转变过程,研究了未再结晶区变形对X80级管线钢相变及组织的影响。试样在未再结晶区以不同变形量变形并以一定冷速冷却,记录冷却过程中膨胀量变化曲线,对试样进行微观组织观察和显微硬度测试。结果表明:在试验条件下,X80管线钢双道次变形后显微组织主要由针状铁素体和低碳贝氏体等构成;变形提高了试验钢相变温度,当变形量从0%增加到40%时,相变开始温度提高35℃;变形促进了针状铁素体转变,抑制了粗大粒状贝氏体组织形成,明显细化了组织;采用双道次控轧,在一定冷速及压下量配合下可获得以针状铁素体为主的组织。     

冷速及变形对X70级管线钢相变及组织的影响

通过一种微合金高强管线钢未变形及热变形条件下连续冷却相变行为的研究,建立了相应的奥氏体连续冷却相变曲线,结合光学显微镜及扫描电镜的微观组织观察,研究了冷却速度及热变形对该钢相变及组织的影响;试验结果表明,试验钢在试验冷速范围内组织由多边形铁素体＋珠光体,针状铁素体,贝氏体铁素体构成;变形将针状铁素体的相变温度提高100℃以上,形成针状铁素体的冷速范围由未变形的0.5-15℃/s扩大到变形后的3-50℃/s以上,促进了针状铁素体转变;随变形后冷却速度及变形量的增加,基体组织变细,基体中M/A小岛变得更加细小、弥散。     

低成本含铌抗震钢筋生产工艺控制

为降低生产成本,江苏永钢集团有限公司采用Nb微合金化试制了HRB400E钢筋。以ø16 mm HRB400E钢筋为例,针对钢筋无屈服现象问题,对3种不同Nb含量钢筋的显微组织、析出物尺寸和分布、室温拉伸应力-应变曲线进行了分析。结果表明:由于含Nb量较高的钢筋其固溶Nb量较多,同时由于精轧区域为升温轧制,尤其是小规格钢筋采用切分轧制工艺,终轧温度较高,降低了相变点温度,再加上小规格钢筋在冷床上的冷速较快,使其容易产生针状铁素体、贝氏体等低温异常组织,导致其无屈服现象。为此,对钢筋Nb含量及生产工艺进行了优化:将钢筋中Nb质量分数从0.035%减少到0.01%;铸坯加热温度控制为1 100~1 150 ℃;保证开轧温度为1 050~1 080 ℃、精轧入口温度为950~1 000 ℃、终轧温度为1 000~1 050 ℃,以降低终轧后钢筋固溶Nb含量;上冷床温度控制为880~920 ℃,并在冷床上增加可调节的保温装置,对钢筋进行轧后缓冷,以延长珠光体转变时间,这是防止小规格钢筋冷速过快导致针状铁素体、贝氏体组织过多的关键技术。生产实践表明:上述工艺措施可有效避免钢筋出现针状铁素体、贝氏体组织,屈服平台不明显比例从0.51%降至0,解决了小规格含Nb钢筋屈服不明显的问题,降低了含Nb抗震钢筋的生产成本。     

热变形条件下X80管线钢连续冷却相变

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了两种不同Nb含量的X80管线钢变形后连续冷却过程中相变行为,绘制了连续冷却转变曲线(CCT曲线);分析了控轧控冷工艺以及Nb含量对X80管线钢连续冷却相变的影响。结果表明,随着冷却速度的增加,降低了铁素体转变开始温度,组织得到细化,铁素体形貌从多边形逐渐向针状转变;变形量的增加和变形温度的降低,对铁素体相变也有促进作用,并使铁素体晶粒尺寸进一步细化;Nb可推迟铁素体和珠光体转变,并显著降低铁素体开始转变温度,细化了铁素体晶粒尺寸。     

V-N微合金化耐火钢中铁素体的形成与组织特征

采用OM、TEM、和全自动相变仪等实验手段,研究了不同冷却速率和中间处理温度对微合金化耐火钢中铁素体的影响。结果表明:将冷却速率控制在10~30℃/s时,组织中均匀地分布着大量的针状铁素体,其平均宽度约为1μm。组织中的针状铁素体的板条束以平行态存在。终冷保温处理可以使Nb、V的碳氮化物进一步析出,将实验钢在600℃保温300 s,材料的组织为粒状贝氏体和细小的针状铁素体,但随着中间处理温度的升高,针状铁素体的板条束呈现宽化趋势,且数量下降。     

Nb-V复合微合金化高钢级管线钢的奥氏体连续冷却转变

利用热模拟试验机研究了3种不同成分的Nb、V微合金化高钢级管线钢的过冷奥氏体连续冷却转变行为,绘制了动态CCT曲线,分析和比较了3种试验钢的显微组织、显微硬度值和动态CCT曲线。结果表明,0.05Nb-0.03V配比能提高多边形铁素体的开始转变温度,从Nb钢的650~700 ℃,提高到700~800 ℃,并缩小多边形铁素体温度转变区间,扩大贝氏体温度转变范围,从Nb钢的400~650 ℃,扩大到350~680 ℃,同时抑制多边形铁素体相变,使管线钢更易获得所需的贝氏体针状铁素体组织。     

X80管线钢相变点测定与分析研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机对X80管线钢再结晶终止温度Tnr和CCT曲线进行测定分析,并利用差热分析试验方法确定试验钢的相变温度范围。结果表明：X80管线钢的再结晶终止温度为1 065℃,AC1和AC3分别为749℃和863℃,而钢中析出物大量溶解的温度在1 050℃,贝氏体相变温度为483℃;从测得的C...     

Nb元素对含Ti低碳微合金钢连续冷却转变及析出行为的影响

采用热模拟试验机研究了Nb元素对含Ti低碳微合金钢的动态连续冷却转变行为的影响,利用OM和TEM对等温淬火工艺处理后实验钢的显微组织和析出行为进行观察和分析。结果表明：Nb元素使得含Ti低碳微合金钢的动态CCT曲线整体向右下方移动,大大减小了先共析铁素体和珠光体相变区,同时扩大了针状铁素体和贝氏体相变区,在较低冷速时能得到较多的针状铁素体;含Nb- Ti和含Ti两种实验钢经等温淬火工艺处理后的显微组织均由铁素体和马氏体两相组成,铁素体相中析出物平均尺寸分别为6.8、4.2 nm,利用Orowan机制对析出强化量进行计算得出析出强化量分别为90.6、142.3 MPa。     

铌对管线钢连续冷却过程相变温度和显微组织的影响

通过热模拟试验,研究了相同的工艺条件下不同Nb含量管线钢的组织及性能,分析了合金元素Nb对相变温度、显微组织、显微硬度的影响。结果表明,在同样工艺条件下,随着Nb含量的增加,过冷奥氏体连续冷却相变温度降低,尤其在冷速较低时(1℃/s),相变开始温度降低约70℃,结束温度降低100℃以上,显微组织中出现明显的粒状贝氏体及针状铁素体;Nb促进低温贝氏体组织的形成,并且细化晶粒,使材料的显微硬度升高。     

铁素体珠光体型非调质钢连续冷却转变的研究

采用DIL805L淬火相变膨胀仪研究了铁素体珠光体型非调质钢的连续冷却相变组织变化规律,分析了冷却速率和合金元素对相变组织、显微硬度和CCT曲线的影响。结果表明,Mo有助于获得针状铁素体组织,进而提高韧性,Mn与微合金元素V有助于提高钢的综合力学性能;冷速增大至0.5 ℃/s时,开始出现针状铁素体;冷速小于1 ℃/s时,获得完全的铁素体+珠光体组织;随着冷速的增大,钢的硬度不断增大。     

奥氏体化温度和冷却速率对含Nb高碳钢组织性能的影响

通过Gleeble 1500型热模拟试验机对含Nb高碳试验钢进行了不同奥氏体化温度和冷速下的热处理。采用光学显微镜、扫描电镜、硬度测量等试验手段对试验钢的显微组织、硬度和珠光体片层间距进行了观察和测量。结果表明:奥氏体化温度为950 ℃时,试验钢淬火后晶粒尺寸为34 μm,硬度为813 HV5,以0.1~5 ℃/s冷速冷却至室温的组织为珠光体+铁素体;而奥氏体化温度为1200 ℃时,淬火后晶粒尺寸为134 μm,硬度为827 HV5,以0.1~1 ℃/s冷速冷却至室温的组织为珠光体+铁素体,冷速为5 ℃/s时,组织为针状马氏体+少量的铁素体。在1220 ℃以上Nb全部固溶在奥氏体中,奥氏体化温度过高会导致晶粒过分长大。珠光体片层间距随着奥氏体化温度的升高和冷却速率的提升而变小,片层间距的减小可使硬度值提高。     

控轧控冷对高铌钢连续冷却相变的影响

通过Gleeble模拟一种高铌微合金管线钢控轧控冷过程,研究了其组织及相变特征和变形对相变过程的影响。由膨胀量变化分析及组织观察,建立了该钢的连续冷却相变CCT曲线。结果表明,铌元素及变形促进了针状铁素体的形成,采用两阶段控轧,当冷速由0.5℃/s增加到50℃/s时,组织由多边形铁素体、准多边形铁素体向针状铁素体转变,但冷速低于5℃/s时,组织转变对冷速变化较敏感,当冷速继续增加时,组织结构变化不明显,而基体中的M/A组元变得更细小、弥散。     

热模拟Q890高强钢焊接过程中组织转变的原位观察

采用高温激光共聚焦显微镜对6 mm厚Q890高强钢板进行了焊接热模拟试验。通过原位观察研究了不同焊接热输入条件下钢板显微组织的形核和核长大过程。结果表明:焊接后在t_8/5为300 s的条件下冷却的钢板奥氏体晶界析出块状铁素体,室温组织为先共析铁素体、粒状贝氏体和少量板条贝氏体;在t_8/5为60 s的条件下冷却的钢板,贝氏体转变从奥氏体晶界开始,室温组织主要为针状铁素体、板条贝氏体和粒状贝氏体;在t_8/5为30 s的条件下冷却的钢板,板条贝氏体呈缠结互锁状,室温组织主要为板条贝氏体和板条马氏体;在t_8/5为15 s的条件下冷却的钢板室温组织为板条马氏体及少量板条贝氏体。通过采用高温激光共聚焦显微镜进行焊接热模拟试验并结合组织转变的原位观察来判定高强钢钢焊接性能是可行的。     

CT80级非调质连续油管用钢的组织和性能控制

通过两种成分非调质CT80连续油管用钢现场生产板卷工艺组织性能对比,分析了冷却速度、卷取温度、Mo和Nb元素含量等工艺参数对实验钢组织性能的影响。结果表明:当冷却速度由52℃/s提高到69℃/s后,铁素体形态为针状铁素体,实验钢屈服强度提高25 MPa;抗拉强度提高30 MPa。实验钢在530℃卷取时,组织中出现了3%的珠光体组织,抗拉强度低于性能指标10 MPa。而在400℃卷取时,组织中出现了3%的块状马氏体组织,使得屈服强度低于性能指标20 MPa;抗拉强度提高到690MPa。Mo元素含量提高,促进针状铁素体转变,实验钢淬透性提高,有利于获得M/A岛组织,保证获得高强度低屈强比性能。Nb元素含量提高,细晶强化和析出强化作用更明显。     

In situ observation of morphological development for acicular ferrite in weld metal

Abstract

Acicular ferrite is regarded as the most desirable microstructural feature, in view of strength and toughness, in mild and low alloy steel weld metals. Recent evolution and diversity of mechanical property for base metal demand the same property as the weld. Therefore, understanding of the formation mechanism for acicular ferrite microstructure in weld is one of the essential problems for low alloy steel weld. In the present work, the morphological development of acicular ferrite in situ, was observed during weld cooling. The sample designed to form acicular ferrite microstructure was schematically heated and cooled by infrared imaging furnace and the morphological developments were directly observed using laser scanning conforcal microscopy. The nucleation and growing at inclusion, sympathetic nucleation and impingement event of acicular ferrite were directly shown in high time resolution.