Nb微合金钢中析出相演变过程研究

为了探索保温时间对析出过程碳化物团簇组织演变的影响,利用电阻加热法将试样加热至1 200℃,固溶10 min后淬火,然后在700℃保温不同时间,并利用3DAP、XRD和电阻率等手段对其进行研究。试验结果表明,随着保温时间的延长,组织中铁素体含量逐渐增加,而电阻率、点阵常数a,c和c/a轴比均出现了明显的减小;保温30 min左右时,电阻率值最低,且试样中C、Nb原子较淬火态出现了明显的偏聚团簇现象,c/a轴比趋于1,说明此时Nb C碳化物析出比较充分。     

Nb-V微合金钢中碳化物析出的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃固溶0.5 h后淬火,在不同温度回火4 h,结合光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究了淬火与回火样品中碳化物的特征.结果显示,淬火样品中V,Nb分布均匀,C由于自回火出现轻微偏聚;450、500、550和600℃回火样品中存在大小和数量不同的V和Nb的碳化物,其中550℃回火样品中数量最高,对应着二次硬化的硬度峰值;650℃回火样品中数量明显减少,与硬度下降对应.     

Nb-V-Ti微合金钢复合析出相的特征

用SEM和TEM等研究了Nb-V-Ti微合金钢的组织,特别是复合析出相的形貌和形成机制,并探讨了其对力学性能的影响.结果表明:试验用钢的组织为典型的铁素体-珠光体组织,TiN形成于连铸坯冷却过程的较高温度区间,形态经历了由球形向方形的长大过程;复合析出相包含Nb、V、Ti,NbC和VC依附于先析出的TiN表面以共格关系形核长大的,整体呈铆钉形或其它不规则形状,尺寸为50～70 nm.     

铌微合金钢析出相的形成与长大规律

将铌微合金钢在1200 ℃固溶2 h,然后分别在700 ℃时效5、15、30和60 min.利用显微硬度计和电阻仪,结合三维原子探针研究了铌微合金钢中析出相的萌生规律及其对硬度和电阻率的影响.结果表明,层片状的NbC团簇在700 ℃时效5 min时已经形成,团簇尺寸随着时效时间的延长而增大.当时效时间为30 min时,团簇数量密度达到最大值.在30 min前,细小碳化物使得显微硬度值上升、电阻率下降.而当时效时间超过30 min,碳化物以长大为主,碳化物粗化使得硬度值下降、电阻率上升.     

Nb-V微合金钢凝固过程的热塑性

通过理论计算和热模拟试验对Nb-V微合金钢的热塑性进行了研究,并考察了微观偏析和析出物粒子对热塑性的影响。结果表明,S、P和O元素偏析主要发生在糊状区(固液两相区),同时树枝晶间Fe(S,O)和(Fe,Mn,Si,Al)(S,O)类夹杂物的形成导致了热塑性恶化。在1000~975℃区间,Nb N粒子直径由20 nm减小到10 nm,粒子数量由23个/μm2上升到45个/μm2,断面收缩率迅速由82.36%下降到69.61%;在900~850℃区间,断面收缩率缓慢下降并伴随有铁素体膜逐渐变厚。温度小于975℃、高临界应力下容易发生晶间断裂,从而产生裂纹源。     

微合金钢中强化相时效析出行为的内耗研究

将微合金钢在1200 ℃固溶1 h后水淬至室温,部分固溶态试样再经过700℃时效5、240 min,然后应用强迫振动法测量微合金钢的内耗值,其中内耗测温范围为室温至430℃.内耗试验结果表明:在109℃产生的shoek峰是碳原子微扩散引起的内耗峰,该峰随着时效时间的延长,峰值逐渐减弱且不偏移,时效240min后该峰消失...     

汽车车轮用低碳Nb微合金钢中的析出行为研究

通过热模拟试验,研究了Nb微合金钢中的碳氮化析出物在高温及低温等温过程中的析出行为.试验结果表明:在高温时,应变诱导NbC析出需要一定的孕育时间.随着高温等温温度的升高,析出物的数量增多.当高温等温时间达到300 s时,单一析出转变为复合析出,同时随着温度的升高,复合析出聚合长大,数量明显减少,形状变为不规则形状;在低温时,随着等温温度的升高,析出数量略有增多.随着等温时间的延长,析出物的数量略有增多,尺寸略有增大.     

超低碳含铜微合金钢中时效析出相的晶体结构

用高分辨电子显微镜(HREM)进行了Nb、Cr、Mo、Ni等微合金元素复合微合金化的实用超低碳含Cu钢中时效析出相的形貌观察及晶体结构鉴定,探索将HREM分析技术有效应用于工程材料微观结构研究的新途径.在300万倍以上的放大倍率下清晰观察到了尺寸仅有十个nm左右的细小弥散分布的时效析出颗粒以及其中的孪晶结构,还有大量在局部微区形成的过渡结构.尝试用单个颗粒HREM像上的晶格条纹间距鉴定了钢中除ε-Cu以外的另3类时效析出相的晶体结构.结果表明,时效期间钢中析出Cu、Nb、Cr、Mo、Ni的特殊碳化物(碳氮化物),与ε-Cu共同产生时效强化作用.提出了用HREM像对实用钢材中弥散分布的微细析出相进行晶体结构鉴定的实验方法.     

微合金钢中TiN的析出规律研究

通过热力学计算及实验,研究了含Ｔｉ微合金钢在液态及凝过程中ＴｉＮ的析出规律,研究表明,通过调整微合金钢中Ｎ和Ｔｉ含量,可以控制ＴｉＮ的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响;还探讨了利用液态析出细小,弥散的ＴｉＮ作为钢液蝗形核中心,以细化态组织,得到等轴细晶的可能性。     

V-Ti微合金钢热变形过程中复合微合金析出相的形成机制

通过对V-Ti微合金钢平衡析出相的微合金含量的热力学预测以及对热变形过程中析出相的电镜观察和能谱分析,研究了热变形过程中微合金析出相的组成及其形成机制.结果表明,奥氏体热变形过程中的微合金析出相自从基体中沉淀出来,就是复合析出相（Ti,V）（C,N）,并且随形变温度的降低,复合析出相（Ti,V）（C,N）中Ti含量减少而V含量增多,析出相的成分存在一定差异.     

Nb和Cu在低碳微合金钢回火过程中的析出行为

利用金相技术、硬度测量及透射电子显微术,研究了Nb钢及Nb-Cu钢在525℃回火过程中的析出行为.结果表明:两种实验钢在850℃奥氏体化淬火后,组织类型类似,525℃回火20h后,显微组织没有发生明显变化.Nb-Cu钢在回火的初始阶段硬度下降迅速,15min后硬度上升,90min左右到达峰值,Cu的析出快于Nb;而在随后的回火过程中因为Nb的析出导致硬度变化平缓.通过对比Nb钢的硬度曲线及透射电镜观察,认定ε-Cu的析出和NbC的析出是独立进行的,采用相同工艺回火的C-Mn钢硬度变化曲线进一步证实了这一点     

低碳微合金钢中Nb、V、Ti碳氮化物的回溶研究

采用透射电镜和X射线光谱技术,研究了低碳微合金钢中Nb、V、Ti的碳氮化物在不同温度保温1 h后的回溶行为.结果表明,低碳微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,其中颗粒尺寸较大的在80 nm以上;这种颗粒的心部是(Nb,V,Ti)(C,N)相,而颗粒边缘为(Nb,Ti)(C,N)相;颗粒尺寸较小的在20 nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N).两类析出物中Nb与Ti的原子比均随回溶温度的升高而减小.     

合金钢析出相的分析及预测模型

为了充分发挥钢中析出相的晶内形核细晶作用,以便优化热模拟工艺,对合金钢热模拟试验组织中的析出相进行了分析及预测.研究了合金钢热模拟试验工艺参数,包括化学成分、变形温度、变形量以及保温时间等与析出相粒径、形态与分布之间关系,并建立了相应的映射关系,在此基础上建立了合金钢析出相分析及预测模型.应用L-M算法对该神经网络模型的权值进行了优化,从而克服了神经网络训练速度慢、容易陷入极小局域和全局搜索能力弱等缺点,提高了神经网络的预测精度.通过实例验证表明,改进后的神经网络对合金钢析出相粒径的预测精度达到93%以上,对合金钢析出相形态的预测精度达到90%以上.     

低碳微合金钢中TiN的析出行为分析

低碳含钛微合金钢作为一种典型的高强度钢,近年来在工业上得到了广泛的应用。细小的TiN析出物可以细化奥氏体晶粒,提高钢的韧性,增强钢的良好成形性和可焊性,并降低工艺的生产成本。但是大量的或者大尺寸的TiN在铸坯中析出则会影响钢的裂纹敏感性。在整个炼钢过程中对样品进行了氧氮分析。结果表明钢包炉(LF)过程中氮含量异常增加。除了空气和钢水之间的反应外,炼钢的原料和辅助材料也可能是导致钢水中氮含量增加的原因,重点研究了铁钛合金的洁净度对TiN析出行为的影响。根据热力学计算结果,当氮质量分数从0.005%降低到0.002%时,TiN的沉淀温度可以降低到1 400 ℃,而TiN的析出量将大为降低。     

含Nb微合金钢变形后弛豫及时效过程中的析出行为

采用热模拟手段、金相及硬度测量并结合透射电子显微镜观察，研究了简单成分的含Nb微合金钢在热变形弛豫后、525℃时效时硬度变化及析出过程。结果表明：经弛豫淬火后的含Nb钢在时效过程中出现双硬化峰现象，相变前原有细小析出相在时效时会长大和粗化，形成第一个硬化峰；而相变后α相中过饱和的Nb在时效时会进一步析出，形成第二个硬化峰。利用透射电镜观察可清楚地把两类不同的析出区别开来。     

冷却速率对含Ti-Nb-Mo微合金钢相析出行为的影响

采用热模拟试验技术、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及能谱(EDS)分析研究了冷却速率对Ti-Nb-Mo微合金钢碳化物析出的影响。结果表明,当冷速为0.1和1℃/s时,试验钢中析出相大多为超细碳化物,尺寸小于10 nm,呈链状和簇集状分布;能谱分析发现,这些细小碳化物是Ti、Nb、Mo的复合析出相。当冷速增大至5℃/s时,试验钢中的析出相尺寸增大,但数量减少,呈弥散分布。不同冷速对比表明,较低的冷速更有利于细化第二相粒子。     

Ti微合金钢NG-TMCP工艺处理后的性能及析出相

在实验室对Ti微合金钢进行了NG-TMCP热轧试验,并用SEM、TEM、化学相分析和X射线小角散射分析了其性能和析出相。结果表明,当轧后在700℃等温时,得到铁素体+珠光体组织,试验钢的屈服强度超过了550 MPa,但低温冲击性能偏低;试验钢中有大量的M3C和MC型颗粒析出,小于36 nm的纳米颗粒起到了显著的析出强化作用,析出强化增量达到279 MPa;采用综合强化机理计算得到的理论屈服强度与试验值吻合。     

Nb-V微合金钢中渗碳体周围元素分布的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃同溶0.5 h后淬火,然后在450℃回火4 h,结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化.结果显示,淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚,其它合金原子V,Nb,Si,Mn,Mo和Al等分布均匀.450℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区,在该区域内,Mn含量较高,Mo和V轻微偏聚,Si和Al很少,对应渗碳体析出,Si富集在渗碳体/基体界面处;另外,观察到C和V明显偏聚的单原子面,周围富集Si和Mn,对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区,成分主要为V4C3.     

高Nb高强度低合金耐候钢中Nb、Ti析出相的特征

用光学显微镜、热场发射扫描电子显微镜以及透射电子显微镜对高Nb高强度低合金耐候钢中的Nb、Ti析出相特征进行了观察分析。结果表明,试验钢中的Nb、Ti析出相为面心立方结构,大部分为Nb、Ti相一起析出,且尺寸较大,主要分布于晶界。单相有两种,一种为立方TiN,尺寸较大,另一种为富Nb或者富Ti的Nb,Ti碳氮化物,大部分尺寸超过50 nm;复合析出为以富Ti析出(Ti, Nb)C为基形成的“核心”和以富Nb析出(Nb, Ti)C为边缘形成的“帽子”,平均尺寸为150 nm。