高强抗震钢筋中铌的碳、氮化物析出热力学研究

摘要：连铸过程中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在奥氏体晶界的析出对铸坯的质量产生严重的影响。分析了500MPa级高强度抗震钢筋(HRB500E)中铌的氮化物、碳化物和碳氮化物在液相、凝固过程以及奥氏体相等不同阶段的析出热力学，计算了不同温度下NbN和NbC的平衡/实际浓度积，得到NbN和NbC在微合金钢连铸过程中的析出规律。计算结果表明：在HRB500E钢中，NbN、NbC在钢液成分均质状态和凝固过程中难以析出；在奥氏体相中，随着温度的降低，NbC、NbN及NbC0.85N0.15具备析出热力学条件，析出温度分别为1377、1229 和1378K，析出顺序依次为：NbC0.85N0.15、NbC、NbN。     

SWRS82B钢中稀土元素对氧化铝改性的晶体学

 为了深入研究与控制SWRS82B钢中氧化铝夹杂,针对添加稀土元素铈研究其对氧化铝的改性问题,通过热力学以及边-边匹配模型对稀土夹杂物的析出条件和Al₂O₃与稀土氧(硫)化物之间、γ-Fe和稀土氧(硫)化物之间的原子间错配度进行计算,探究稀土铈夹杂物作为Al₂O₃和γ-Fe异质形核的有效性,进而证明稀土铈元素对B类氧化铝夹杂物改性的有效性,提高钢材性能。计算结果表明,在0~2 000 K的温度区间上,生成CeAlO₃夹杂物反应的吉布斯自由能最低,且在同等条件下铈氧(硫)化物生成的可能性偏低,稀土铈氧(硫)化物可以作为Al₂O₃异质形核的核心,且稀土铈氧(硫)化物可以作为γ-Fe异质形核的核心;Al₂O₃可在稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且Al₂O₃优先在Ce₂O₂S上发生异质形核;γ-Fe可在Al₂O₃和稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且γ-Fe优先在Al₂O₃上发生异质形核,使得形状不规则的氧化铝夹杂物转变为近球形的铈铝酸盐夹杂,揭示SWRS82B钢中非金属夹杂物的变性机理,为提高SWRS82B钢中脆性夹杂物转变为塑性夹杂物处理的实际效果提供理论依据。     

HRB500E微合金化钢筋中钒的化合物析出行为

分析了HRB500E微合金化高强度钢筋中钒的氮化物、碳化物和碳氮化物分别在液相、凝固过程、奥氏体以及铁素体相中的析出热力学条件，并研究了它们在实验钢连铸或热处理过程中的析出规律。结果表明：实验钢中，钒的碳化物和氮化物在钢液中不析出。碳氮化钒(VC_xN_1-x)中的x值随温度降低而增大，即在高温平衡条件下析出富氮的碳氮化物，在全固溶温度1450 K下析出物为VC_0.03N_0.97。VN在1176～1448 K温度区间内在奥氏体相中析出，温度低于1176 K时，主要析出物为碳化钒或碳氮化钒。实验钢铁素体相中也观察到有钒的化合物析出，呈椭圆形，析出规律与热力学分析结果基本吻合。     

HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析

 钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC_0.19N_0.81在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。     

Nb/V复合强化对高强度钢筋显微组织和性能的影响

采用金相显微镜（MM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、万能拉伸试验机等对高强度钢筋的显微组织、第二相、断口和力学性能进行表征和试验.结果表明：3种试验钢筋的显微组织均为铁素体+珠光体，其中3^#试验钢筋中还含有少量贝氏体；3^#试验钢筋中主要析出物为铌钒复合碳氮化物（（Nb，V） （C，N）），呈圆形状，平均粒径为10 nm，在铁素体晶界和珠光体片层间析出；3种试验钢筋的拉伸断口均为韧性断裂，断口上分布着等轴韧窝；随着Nb含量的增加，试验钢筋的抗拉强度和屈服强度增加，但其断后伸长率有所降低；3^#试验钢筋的抗拉强度和屈服强度最大，分别为795、525 MPa，断后伸长率较1^#和2^#试验钢筋小，为21.6%.     

终冷温度对高强度抗震钢筋组织和性能的影响

用Gleeble-3800热模拟机进行高强度抗震钢筋的热模拟实验,使用金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)和万能拉伸试验机等手段表征其微观结构、第二相、力学性能和断口形貌,研究了终冷温度对高强度抗震钢筋的组织和性能的影响并揭示微合金元素细化晶粒的机理。结果表明：实验钢的显微组织主要为铁素体和珠光体,随着终冷温度的降低铁素体晶粒细化。终冷温度为650℃时实验钢中分布在铁素体基体上的主要析出相 (Nb, Ti, V)C和(V, Nb, Ti)C的平均粒径约为2 nm和5 nm。随着终冷温度的降低实验钢的抗拉强度和屈服强度都增加,终冷温度为650℃时其抗拉强度和屈服强度分别为638.75 MPa和467 MPa,强屈比为1.37。在不同终冷温度实验钢的拉伸断口主要为等轴韧窝,其尺寸和深度不同。