奥氏体不锈钢热轧加工性能的数学模型研究

钢的热加工性能是钢的热轧工艺设计的基础.奥氏体钢在热加工中涉及到众多的物理现象,如动态回复、动态再结晶、静态回复、亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大.一个优秀的描述钢的热加工性能的数学模型可以优化热轧工艺,提高生产效率,改善产品质量.综述了奥氏体不锈钢在热加工中发生的各类物理现象及其相对应的数学模型,讨论了变形温度、变形参数与流变应力、再结晶以及再结晶晶粒度之间复杂的关系,并分析了在工业多道次轧制工艺中,如何应用这些数学模型模拟和预测轧钢过程中残余应变和其内部组织的演变过程.     

回温变形温度对微合金钢显微组织的影响

 通过单道次压缩变形热模拟试验,研究微合金钢加热到两相区变形时的组织演变规律,并分析加热温度对其的影响。使用OM、SEM和EBSD分析试验钢的微观组织和取向分布。结果表明,加热后奥氏体相变在晶界上发生,740～800 ℃时奥氏体体积分数为20%左右,830 ℃时奥氏体体积分数大幅增加到50%。加热到两相区变形时,形变铁素体发生动态回复或动态再结晶,随变形温度增加,形变铁素体由动态回复向动态再结晶发展,亚晶界减少,830 ℃时大角度晶界比例达到91.2%,冷却后得到均匀的细晶组织,平均有效晶粒直径3.9 μm。     

碳氮化钒在奥氏体中析出的动力学模型

 采用应力松弛方法研究了钒氮微合金钢中V(C,N)在奥氏体区的等温析出行为,证实了动力学计算模型的模拟结果。结果表明,试验钢的析出 温度 时间(PTT)曲线呈典型的“C”形,本试验条件下析出开始时间最短的“鼻子”温度为850 ℃左右,与模型计算得到的820 ℃相差很小。钢中氮含量对PTT曲线形状有较大影响,随着氮含量的增加C曲线向左移动,这与模型计算结果非常吻合。     

钢结构建筑用耐火钢的研究

在实验室研究基础上提出一种经济型耐火钢成分设计,研究结果表明：具有细小多边形铁素体＋珠光体＋粒状贝氏体混合组织的该钢种具有良好的高温力学性能、良好的低温韧性,满足了建筑用耐火钢的性能要求。     

C和N含量对V-N-Ti微合金非调质钢组织的影响

研究了C含量0.26wt%～0.42wt%及N含量0.0041wt%～0.021wt%变化对中低碳V-N-Ti微合金非调质钢锻态组织的影响.结果表明,C、N含量对V-N-Ti微合金非调质钢锻态组织中先共析铁素体的数量及分布存在显著影响.钢中的N含量一定,C含量约为0.33wt%时,组织中形成的晶内铁素体数量最多、组织最细小均匀;钢中的C含量一定,锻态组织中先共析铁素体的数量随着N含量的增加而增加,但N含量对先共析铁素体数量的影响要远小于C含量的影响.采用基于经典形核和长大理论模型计算所得析出动力学结果很好地解释了上述现象.     

含铜时效钢焊接热影响区组织与性能研究

研究了含铜时效钢焊接热影响区的组织与性能。结果表明,含铜时效钢焊接热影响区不同区域性能存在显著差异。粗晶区冲击韧性最差,这主要是奥氏体的晶粒长大及粒状贝氏体的增多所致;细晶区塑韧性最好,这主要是因为细晶区奥氏体化后高温停留时间较短,同时未溶解的Nb(CN)阻碍了晶粒的长大。两相区是热影响区的“软化区”,母材中析出相的粗化及重溶和铁素体量的增多是导致两相区硬度降低的主要原因,但相对于母材软化现象并不明显。     

高速列车车轮钢摩擦热致相变的计算机模拟

将有限元热力耦合计算与材料相变特征的实验研究相结合，研究了高速度及大载荷条件下的轮／轨摩擦导致车轮热损伤的机理，探讨了滑行速度、时间和载荷等因素对车轮踏面的温度场变化及对奥氏体相变区尺寸的影响．结果表明，在大载荷滑行情况下，接触区的峰值温度可超过材料的相变临界点，相变区深度可能达到1mm以上；滑行速度的提高可以增大相变层出现的几率，但并未增加相变层的深度；接触区峰值温度和相变区尺寸均随载荷的大小呈线性变化。     

V-N微合金化高强度铁塔用角钢的研究

利用V-N微合金化技术,在16Mn钢基础上进行铁塔用角钢的合金设计,并结合角钢的孔型轧制要求,考察了V/N合金设计以及板坯加热温度、轧制工艺参数对角钢组织性能的影响。结果表明,随着钢中V/N含量的增加,钢中弥散析出的第二相粒子数量显著增加,屈服强度显著提高,其中0.01%的钒含量对屈服强度贡献约为23 MPa。V-N微合金化角钢坯料再加热过程中V(C,N)粒子的溶解温度低于1 150℃,控制低的坯料加热温度有利于提高角钢的低温冲击韧性。终轧温度对低钒钢的屈服强度和韧性存在显著影响,但对高钒钢的组织性能影响不大。采用V-N微合金化设计后,角钢的综合性能得到显著提高,且力学性能对轧制工艺参数变化不敏感,因此,V-N微合金化技术适用于角钢的实际生产应用。     

大热输入焊接DH36钢焊接粗晶区组织与性能分析

利用焊接热模拟的方法,对比研究了大热输入焊接DH36钢焊接粗晶区的组织与性能.结果表明,低碳、低锰及低碳当量+微钛处理的合金设计可显著改善钢大热输入焊接粗晶区的组织与性能.随着t8/5的增大,大热输入焊接DH36钢粗晶区的组织由细小(尺寸1μm)的板条状马氏体-奥氏体岛(M-A岛)组织转变为大尺寸块状M-A岛组织,同时组织中先共析铁素体数量增多,尺寸增大.降低钢中的Mn元素含量可显著促进先共析铁素体的形成,抑制硬质相M-A岛的产生,但过多的粗大先共析铁素体形成会降低HAZ的低温韧性.M-A岛和先共析铁素体共同作用决定着大热输入HAZ的性能.     

夹杂物对模拟焊接粗晶区铁素体形核作用研究

利用粘结(Bonding)试验方法,在Gleeble-3800热模拟试验机上进行加热加压试验,研究了不同夹杂物(Ti2O3、TiO2、TiN)在钢-夹杂物界面处的作用效应,同时探讨了铁素体的形核机理.结果表明,在Fe-1.50％ Mn-0.20％ Si合金体系下,C、Si、Mn元素均对A3温度和铁素体相变驱动力存在显著影响.在焊接热循环作用下,不同夹杂物在钢-夹杂物界面处的作用效应不同,其诱导铁素体形核的机理也存在差异.其中Ti2O3粉末在界面上不发生反应,但通过吸收粉末与基体界面附近区域的Mn形成贫Mn区,促进了铁素体相变;TiO2粉末在界面上与钢发生化学反应,造成界面附近形成贫Mn区、贫Si区,并且贫Mn对A3温度提高的影响远大于贫Si对A3温度降低的影响,所以促进了铁素体相变;TiN粉末在界面上和钢不发生反应,也不能促进铁素体相变.