退火温度对温轧高锰钢组织性能的影响

测定了中碳25Mn钢经温轧及退火处理后的拉伸性能及-196℃时的低温韧性,并对不同处理条件下的显微组织及冲击断口进行了观察,讨论了试验钢退火过程中的再结晶行为及其对力学性能的影响机制。结果表明:试验钢在550℃保温1 h后已经基本完成再结晶,再提高退火温度,再结晶组织逐渐粗化,导致奥氏体的稳定性变差,因此在变形过程中更易于发生马氏体相变,即相变诱导塑性(TRIP)机制逐渐增强,这虽然能够在一定程度上缓解裂纹形核与扩展过程中产生的应力集中,但马氏体的产生也会导致钢的韧性与塑性恶化。同时,结果也表明即便再结晶已经充分,细小的奥氏体晶粒中仍然存在一定量的高密度位错胞和层错,因此产生了比单一细晶强化更高的强度增量。

回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、能谱仪和X射线衍射等研究了回火时间对BS960E钢快速加热淬火后组织与性能的影响。结果表明:BS960E钢淬火后组织为板条状马氏体,其原始奥氏体平均晶粒尺寸为5.69μm,位错密度为4.02281×10^(15)cm^(-2)。随着回火时间的延长,马氏体板条结构逐渐分解;回火2 min时仍存在部分板条组织,有效晶粒尺寸(马氏体板条块)为2.47μm,位错密度急剧下降至9.48079×10^(14)cm^(-2);回火15和30 min时马氏体板条开始粗化,小角度晶界密度占比降低,此时有效晶粒尺寸分别为2.57和2.59μm,位错密度分别为7.80957×10^(14)和6.75406×10^(14)cm^(-2);回火60 min时,马氏体板条块合并明显,大角度晶界密度及占比下降,有效晶粒尺寸粗化达到2.99μm,位错密度降低至5.19655×10^(14)cm^(-2)。碳化物的析出位置可分为原始奥氏体晶界析出、马氏体板条块界析出和晶内析出3类。随着回火时间的延长,BS960E钢的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,伸长率增加。回火时间达到60 min时由于析出的碳化物粗大导致伸长率降低。综合考虑BS960E钢经过快速加热淬火后,回火时间在2 min时综合力学性能最佳。

应力对中碳超细晶贝氏体钢显微组织的影响

贝氏体相变过程中经常会受到应力/应变的影响,其相变动力学和显微组织将发生显著改变。采用热模拟试验机、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射技术等研究了应力对一种中碳超细晶贝氏体钢显微组织的影响。结果表明:随着应力的增大,贝氏体板条厚度先增加后减小。应力提供的额外机械驱动力导致贝氏体板条粗化,而奥氏体变形则有利于细化板条,两者相互竞争造成了上述现象。此外,通过对比实验极图和理论计算极图发现,在本实验条件下,奥氏体与贝氏体之间更符合Nishiyama-Wassermann(N-W)取向关系。施加应力后,贝氏体变体种类显著减少,产生明显变体选择。

新型压力容器用钢25CrMo3NiTiVNbZr的析出相特征和强化机制

为了进一步提高25Cr3Mo3NiNbZr钢的室温力学性能,对其进行成分优化,设计制备了25CrMo3NiTiVNbZr钢。利用场发射扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术以及拉伸试验机等研究了两种试验钢经1050℃淬火及640℃回火2 h后的室温力学性能、析出相特征和强化机理。结果表明:25Cr3Mo3NiNbZr钢主要析出相为纺锤状富Mo的M_(2)C相,其平均直径为18 nm,25CrMo3NiTiVNbZr钢中析出了更加细小的M_(2)C和MC碳化物,其平均直径为7.93 nm。25CrMo3NiTiVNbZr钢的室温抗拉强度达到1412 MPa,屈服强度达到1279 MPa,相比25Cr3Mo3NiNbZr钢分别提高了283和336 MPa。通过理论计算,两种试验钢室温下的强化机制均以析出强化、细晶强化和位错强化为主,其中25CrMo3NiTiVNbZr钢的位错强化增量和析出强化增量较25Cr3Mo3NiNbZr钢明显增加,分别增加了174和205 MPa。

淬火处理对中锰钢组织和性能的影响

中锰钢通过微观组织调控,可实现优异的强度-塑韧性协同增长,是第三代先进高强钢的潜力材料。采用不同淬火工艺来调控Fe-10Mn-0.44C-1.87Al-0.67V中锰钢的微观组织,并结合VC的析出来优化其性能。结果表明:经1020℃淬火+300℃回火后,中锰钢的组织为板条状马氏体+残留奥氏体,形变时残留奥氏体发生相变诱导塑性效应,使其具有优异的塑性。经800℃淬火+250℃回火后,组织为细小的马氏体、细小弥散分布的VC和少量残留奥氏体,通过位错强化、细晶强化和析出强化作用使中锰钢具有最佳的力学性能,屈服强度为1190 MPa,抗拉强度为1473 MPa,伸长率为22%,强塑积为32.4 GPa%。

EH47止裂钢过冷奥氏体等温相变行为

采用高分辨热膨胀相变仪研究了EH47止裂钢过冷奥氏体等温冷却条件下的相变行为,利用扫描电镜(SEM)对试验钢在不同相变条件下的微观组织特征进行表征,基于获得的膨胀量曲线变化规律及微观组织特征,讨论了试验钢在不同等温相变条件下过冷奥氏体的演变规律。结果表明:在40℃/s冷却速率下,试验钢的相变开始温度为628~636℃;当等温相变温度介于630~570℃时,试验钢过冷奥氏体在等温转变过程中出现相变不完全现象;当等温温度为600和570℃时,试验钢的相变产物为由针状铁素体(AF)、贝氏体铁素体(BF)、粒状贝氏体(GB)及马氏体(M)组成的复相组织;当等温温度为540、510和480℃时,试验钢相变产物为由AF、贝氏体(B)及GB组成的复相组织,M消失。对于试验用EH47止裂钢而言,为了获得由AF、BF及GB构成的复相组织,需保证等温温度介于540~480℃,等温时间不少于10 min,以避免相变产物中出现M等组织。

等温温度对Ti-Mo微合金高强双相钢相变及组织性能的影响

采用热模拟实验、光学显微镜、显微硬度仪和透射电镜等研究了等温温度对Ti-Mo微合金高强双相钢相变、组织及性能的影响。结果表明:当等温温度在750~725℃时,实验钢组织主要为马氏体+少量贝氏体或铁素体,随着等温温度降低(≤700℃),铁素体含量增多,排碳行为增加了过冷奥氏体的稳定性,抑制了中低温区贝氏体相变,在随后的冷却阶段,过冷奥氏体更倾向转变为马氏体。铁素体与马氏体的显微硬度均随等温温度降低而增加,但进一步降低温度,马氏体硬度基本保持稳定(361 HV0.1);650℃时铁素体显微硬度最高(242 HV0.1),这主要是由于铁素体内部产生了大量细小的相间析出,同时析出强化作用减小了铁素体与马氏体的硬度差异,降低了双相钢强度对马氏体体积分数的依赖性,等温温度较高时,相间析出形成被抑制。

钛微合金化高强钢的连续冷却相变规律

为了研究钛微合金化高强钢在连续冷却条件下的相变规律,通过热膨胀法及金相分析研究了低碳钢(C-Mn钢)和钛微合金钢(Ti钢)在连续冷却过程中的组织变化及过冷奥氏体的相变规律,分析了钛元素和变形对试验钢相变规律的影响,并讨论了连续冷却转变(CCT)与等温转变(TTT)曲线的关系。结果表明:随着冷速的增加,试验钢的主要相变组织由铁素体向贝氏体转变。在C-Mn钢中加入钛元素提高了过冷奥氏体的稳定性,抑制了铁素体和珠光体转变,促进了贝氏体转变;在奥氏体未再结晶区进行变形使试验钢的CCT曲线整体向左上方移动,提高了相变开始温度;变形提高了铁素体的形核率,促进了铁素体相变,铁素体组织得到细化;变形促进了贝氏体相变,使板条贝氏体变短,细化贝氏体组织。

V-N微合金化热轧因瓦合金的组织和性能

因瓦合金具有极低的热膨胀系数,但较低的力学强度严重制约其在结构材料领域的应用。为进一步提升因瓦合金的强度,借鉴微合金化思想,设计了V-N微合金化因瓦合金。采用维氏硬度计、拉伸试验机、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了微量V、N对热轧因瓦合金显微组织和力学性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:V-N微合金化因瓦合金的热轧组织显著细化,硬度和抗拉强度显著增加;随着N含量增加,其晶粒尺寸进一步细化,且分布更为均匀,抗拉强度进一步增加。V-N微合金化因瓦合金的基体上析出了大量细小、弥散分布的V(C,N)第二相,尺寸约为400 nm,其钉扎晶界和位错。细晶强化、析出强化和位错强化是V-N微合金化因瓦合金力学性能显著提升的主要原因。

加热速率与保温温度对NM400钢淬火组织与性能的影响

使用DIL805A型相变膨胀仪模拟了NM400型热轧板带钢感应热处理的加热和冷却过程,研究了加热速率和保温温度对其原始奥氏体晶粒尺寸、组织特征和硬度的影响。结果表明:加热速率对实验钢原始奥氏体晶粒尺寸有较大的影响,随着加热速率的增大,原始奥氏体晶粒尺寸逐渐减小,在80℃/s快速加热速率下原始奥氏体晶粒尺寸约为26.6μm,淬火马氏体板条群明显细化,硬度为413.9 HV。保温温度对冷却过程中的过冷度有显著的影响,随着保温温度的升高,过冷度增加,淬火后马氏体含量逐渐增多;当保温温度升高至1010℃时,淬火后实验钢的组织为全马氏体组织,硬度为409.3 HV。

新型Cr-Mo-V热作模具钢的高温断裂机制

通过高温拉伸试验研究了新型Cr-Mo-V钢的高温断裂行为,探究不同拉伸温度(25~700℃)下试验钢的热力耦合区(断裂区)和热应力区(夹持区)的组织演变和碳化物分布特征,揭示钢中碳化物的种类、分布及尺寸与高温断裂行为之间的关系,阐明新型Cr-Mo-V热作模具钢在高温变形过程中裂纹附近显微组织的演化机制。结果表明:随着拉伸温度的升高,试验钢的抗拉强度和屈服强度降低,伸长率和断面收缩率升高,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变,脆性断裂向韧性断裂的转变温度约为400℃;在高温变形过程中,试验钢的位错密度降低,回火马氏体发生分解、回复、再结晶及晶粒长大,M_(7)C_(3)和M23C6碳化物沿晶界析出长大,少量的细小颗粒状MC碳化物在晶内弥散分布;由于外力作用对变形区做功将导致变形区温度高于拉伸温度,这为断口附近细小碳化物回溶、大尺寸碳化物的长大提供热力学条件,导致热力耦合区小尺寸碳化物减少,大尺寸碳化物增多。

中锰钢热轧与冷轧退火工艺下组织与性能差异综述

中锰钢作为第三代先进高强钢的代表,由于其优异的力学性能已成为一个研究的热点。同一种中锰钢经过不同的轧制和热处理产生不同的微观组织进而导致其力学性能存在差异。因此,研究不同的热加工工艺下其微观组织与力学性能之间的关系至关重要。本文综述了中锰钢在热轧和冷轧退火工艺下的组织演变,重点阐述了微观组织与静拉伸力学性能、抗氢脆性能、低温冲击韧性之间关系方面的研究进展,并对提高中锰钢各种力学性能的方法进行了比较,最后对中锰钢未来的强韧性研究和发展方向进行了展望。

氮元素对高钛含铌钢裂纹影响的定量研究

应用试验、热力学计算及统计,定量研究了氮(N)对高钛(Ti)含铌(Nb)钢连铸横裂纹的影响,提出N控定量标准。结果表明:高钛含铌钢的高温塑性与氮化物形成具有强相关性;凝固末期TiN的析出影响第一脆性区,第二脆性区与Nb(C,N)的析出有关,温度区间为从Nb(C,N)析出到其析出速率开始缓和的温度,第三脆性区与铁素体或AlN析出有关,温度区间为从铁素体或AlN析出到渗碳体开始析出的温度。高钛含铌钢的N控瓶颈在于TiN在凝固末期的析出,根据Ti、N积建立控N标准,Ti、N积为4×10-5~7×10-5(%•%)。

强磁场对 Fe-C-W 合金钢马氏体组织回复的影响

强磁场作为重要的金属相变影响因素,可以明显提高奥氏体到马氏体相变的开始温度并影响最终的马氏体微观组织。然而,关于强磁场对马氏体回复影响的研究甚少。研究了强磁场对Fe-C-W合金钢在不同温度回火1 h后马氏体组织回复的影响。结果表明,强磁场的施加使基体中碳化物的数密度明显增加,其原因为强磁场增大了碳化物的磁化强度,降低了其磁自由能,使其形核驱动力增加。低温200℃回火时强磁场对马氏体回复的抑制作用不明显。当回火温度升高至500℃时,12 T强磁场的施加,明显增强了碳化物对位错运动的阻碍作用,大大抑制了位错的回复,使基体中残留的位错密度提高了约27.5%。高密度的位错明显增加了小角度晶界的含量,使马氏体板条平均宽度降低了约137 nm,表明强磁场的施加明显抑制了马氏体的回复。

高Si铁素体/马氏体钢的高温变形行为

铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢因具有优异的抗辐照性能和高温力学性能而成为先进核反应堆的候选结构材料。提高Si含量能够改善F/M钢的耐蚀性,但高硅的引入会恶化其热加工性能,因此研究高Si F/M钢的高温变形行为非常重要。在变形温度为950~1200℃和变形速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用Gleeble1500型热模拟试验机对硅含量1%的10Cr1Si F/M钢进行热压缩模拟试验,研究其高温变形行为。结果表明:在0.01~0.1 s^(-1)的低变形速率下,10Cr1Si钢均发生动态再结晶;而在1~10 s^(-1)的高变形速率下发生动态回复,在本试验设计参数范围内仅在10 s^(-1)/950℃变形条件下出现了反常的动态再结晶现象。微观组织分析表明当变形温度较低而变形速率较快时,快速增殖的位错促使奥氏体动态再结晶。计算得到了10Cr1Si钢的Arrhenius本构方程和应变补偿本构模型,试验钢的真应力计算值与试验值吻合良好,可为10Cr1Si钢的热加工提供指导。

免加热直轧工艺钢筋在模拟混凝土孔隙液中的耐腐蚀性能

采用电化学测试和浸泡实验等方法,研究了免加热直轧(DROF)钢筋和传统加热炉轧制(THR)钢筋在模拟混凝土孔隙液中的耐腐蚀性能。结果表明:与THR钢筋相比,DROF钢筋的组织晶粒度细化,在不同浓度Cl-溶液中,DROF钢筋都具有更低的自腐蚀电流密度、更高的自腐蚀电位和更高的阻抗值,耐腐蚀性能更好;腐蚀质量损失实验表明,DROF钢筋基体表面腐蚀坑较小,且拥有较低的腐蚀速率和较少的点蚀坑。试样表面的腐蚀产物主要成分为Fe_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3)、α-FeOOH、γ-FeOOH。

Nb和V微合金化对时效态轻质钢组织和性能的影响

设计了Fe-31Mn-10Al-1.1C和Fe-31Mn-10Al-1.1C-0.1Nb-0.1V(质量分数,%)两种成分的轻质钢,对其热轧态钢板进行了1100℃×1 h水冷的固溶处理,随后于500~600℃时效0.5~25 h后空冷。利用显微硬度计、X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜/X射线能谱仪、透射电子显微镜和拉伸试验机,研究了Nb和V微合金化对时效态轻质钢组织和性能的影响。结果表明:Nb和V的加入在一定程度上抑制了κ-碳化物和硬脆相β-Mn的析出,在相同时效工艺条件下,钢的断后伸长率最高可提升16%。加入Nb和V改善钢的塑性的机制主要有以下两方面:一是Nb和V与C原子易结合形成(Nb,V)C析出,使κ-碳化物析出量减少;二是晶间κ-碳化物析出被抑制,从而间接抑制了β-Mn相的析出。

SDHA和DVA钢抗铝液熔损性能研究

采用静态浸泡和动态搅拌法,研究了SDHA与DVA钢在650~800℃的ADC12铝液中的抗熔损性能。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪,观察和分析了熔损后试样表面及截面形貌、物相组成,用质量损失法评定了试样的抗熔损性能,并探讨了这两种钢的熔损机制。结果表明:在650~800℃,两种钢与熔融铝液反应均生成了Al_(8)Fe_(2)Si相,SDHA和DVA钢中Al_(8)Fe_(2)Si相的生长激活能分别为94.50和72.59 kJ/mol。因此,DVA钢中的Al_(8)Fe_(2)Si相更易形核长大。当熔损时间从10 min增加到30 min时,SDHA钢的质量损失率从3.9%增加到14.0%,DVA钢的质量损失率从4.2%增加到12.7%。随着熔损时间的延长,SDHA钢发生了晶间腐蚀,导致基体剥落,质量损失率增大。

桥梁缆索热铸锚固材料及粘结性能研究

缆索承重桥梁跨越能力的需求驱动缆索钢丝强度及其锚固强度的提升。以桥梁缆索常用的热铸锚为对象,开展了多种新型锌基多元合金锚固材料的力学性能试验,分析了不同成分及含量对合金抗拉强度、抗压强度、弹性模量及抗蠕变性能的影响。针对优化的5种锚固材料开展了拉拔试验,对比了不同参数下的粘结性能。结果表明,ZnAl9Cu1MgRE合金具有抗拉强度及压缩屈服强度高、弹性模量低、抗蠕变性能好的力学特点,综合性能良好;锚固破坏模式分为钢丝拔出和钢丝破断两类;相对而言,ZnAl6Cu1合金的粘结性能最佳,ZnAl9Cu1MgRE合金的粘结性能次之。

耐酸性腐蚀钢的性能研究及应用

采用硫酸浸泡试验,试验了在不同温度和不同硫酸浓度条件下,耐酸性腐蚀钢中化学元素含量对性能的影响。试验结果表明,耐酸性腐蚀性能主要与Sb、S等元素含量密切相关,而在Ni元素含量较低时,增加Ni元素含量对耐酸性腐蚀性能影响不显著。在20℃、20%H2SO4和70℃、50%H2SO4条件下,耐酸性腐蚀钢主要通过Sb、S、Cu等元素富集形成致密锈层,阻碍基体与腐蚀介质之间的进一步腐蚀,提高耐酸性腐蚀性能。这一特性广泛应用于煤气管道、液体运输罐车等行业。