Effect of Solute Drag and Precipitate Pinning on Austenite Grain Growth in Ti-Nb Microalloyed Steels

A metallurgical model concerning the co-effect of the Nb solute drag and the complex carbonitride precipitates pinning is proposed to predict the recrystallization austenite grain growth of low carbon Nb-containing microalloyed steels.The analysis,both predicted and experimental,reveals the precipitate pinning plays a dominate role in suppressing the austenite grain growth with less Nb solute drag effect in high temperature region whereas the Nb solute drag predominates in relatively low temperature region.A factor p is suggested to assess the effectiveness of drag and pinning.The pinning and the drag are more effective in restraining grain growth as p】0 and p【0,respectively.A low carbon Nb microalloyed steel and a kind of Ti-modified low carbon Nb steel by Ti substituting for part of Nb are employed to validate the modeling results.The theoretical calculations show a good agreement with experimental results.

Nb含量对多孔Ti-Nb合金组织与力学性能的影响

利用真空烧结技术制备获得不同含量Nb元素的多孔Ti-Nb合金,研究Nb元素含量对多孔Ti-Nb合金孔隙形貌、孔隙率、显微组织、弹性模量以及耐磨损性能的影响。结果表明:随着Nb元素含量的增加,多孔Ti-Nb合金的孔隙形貌无明显变化,其孔隙率逐渐增加。多孔Ti-Nb合金主要由α相和β相组成,其中,由于Nb元素中β相稳定作用,随着Nb元素含量的增加,合金中β相的体积分数显著增加,合金的抗压强度和弹性模量逐渐降低。多孔Ti-Nb合金在模拟体液(SBF)中的耐磨性主要受合金中β相和α相体积比的影响,当β相和α相体积比超过61.7/38.3时,合金的耐磨性逐渐提高。

低碳微合金Ti-Nb可焊钢中的N及其第二相粒子

研究了系列低碳微合金Ti-Nb可焊钢中的N含量对模拟焊接热影响区(HAZ)高温奥氏体晶粒尺寸和冲击韧度的影响及其第二相粒子的作用。对试样进行了大热输入焊接热模拟,测定了高温奥氏体晶粒尺寸和焊后试样中的冲击韧度值,并用透射电子显微镜萃取复型法观察了典型试样中第二相粒子(Ti,Nb)N的形态及分布特征。结果表明,钢中Ti、N含量及第二相粒子的尺寸和数目与高温奥氏体晶粒尺寸及冲击韧度值具有很好的对应关系;钢中的N由于生成了细小弥散分布的第二相粒子(Ti,Nb)N而细化了高温奥氏体晶粒,改善了焊后韧性。低碳微合金Ti-Nb钢中适宜的含氮量有一个范围。

Ti-Nb微合金钢及焊接热影响区中的第二相粒子

利用萃取复型和焊接热模拟技术 ,对 0 14C 1 34Mn 0 0 17Ti 0 0 2 3Nb微合金钢及模拟焊接粗晶热影响区中第二相粒子的形态、数量及物相进行了研究。结果表明 ,母材中第二相粒子形状不规则 ,Nb的相对含量 (Nb (Nb +Ti) )在 2 5 %～ 82 %之间的粒子平均直径为 14 2nm ,尺寸较大的粒子 (～ 5 0nm)含Ti较高 ,呈方形 ,尺寸较小的粒子中Nb含量较高 ,呈球形。焊接热循环后 ,第二相粒子数量显著减小 ,平均尺寸增大 ,呈方形。 80 0℃至 5 0 0℃冷却时间t8 5从 16s增加至 6 0s时 ,粒子中Nb的相对含量为 2 0 %～ 5 0 % ,粒子平均尺寸由 31 4nm增大至 37 2nm ,粒子数量由 1 95 μm2 减少至 1 2 0 μm2 。但t8 5从 6 0s增至 12 0s时 ,因冷速慢 ,析出温度低 ,粒子平均尺寸减小至 2 6 3nm ,粒子数量增加至 3 5 6 μm2 。

烧结β型Ti-Nb合金中由间隙原子引起的Snoek弛豫

用粉末冶金方法制备了不同Nb含量的Ti-Nb合金.用美国TA仪器公司的动力学分析仪Q800以单臂振动模式研究了不同Nb含量和不同热处理以及不同测量参数下的Ti-Nb合金的内耗行为,用X-射线衍射检测了不同样品的微观结构.实验表明,在水淬的和烧结态的Ti-Nb合金的内耗-温度曲线上均发现了弛豫型的内耗峰,这个内耗峰的高度与Nb含量有关,在低Nb含量的Ti-Nb合金样品中不出现,水淬样品内耗峰的最大值出现在Ti-35.4 wt.%Nb (以下称Ti-35.4Nb)的合金中,烧结态样品的内耗峰高度在实验成分范围内单调地随Nb含量而增加.水淬的Ti-35.4Nb合金的弛豫参数分别是激活能H_(wq)=(1.67±0.1) eV和指数前因子τ_(0wq)=1.1×10^(-17±1) s.另外,内耗峰的高度也与热处理有关,水淬的Ti-35.4Nb合金比具有相同成分的烧结态的合金的内耗峰高得多,淬火温度对内耗峰高度也有影响.研究发现,这个内耗峰与Ti-Nb合金中的β相有关,峰高取决于β相的稳定性及其含量,当β相的稳定性降低以及β相的量增加时,峰高增加.水淬Ti-35.4Nb合金中的β相是亚稳状态的β相(β_M),时效时β_M能转变成稳定的α相和稳定β相(β_S),烧结态合金中的β相是β_S.不同热处理状态下Ti-35.4Nb合金样品的微观结构的不同导致了内耗峰高度的差别.从微观结构分析,在淬火的合金中,峰高最大值出现在35 wt.%Nb含量附近的现象是由β相的稳定性和β_M相的量随Nb含量变化引起的.在烧结态的Ti-Nb合金中,峰高单调地随Nb含量的增加而增加的情况是由β_S的量决定的.在循环应力作用下,β_M或β_S相晶格点阵中氧原子的跳动和氧原子与替代原子的相互作用是产生内耗峰的根源.

Ti-Nb对高强IF钢板连续退火再结晶的影响

试验研究得出 ,加入过量的Nb( 0 .2 % )导致Ti+Nb处理的高强IF钢板的连续退火再结晶延滞 ,在合适的Ti含量下 ,钢中Nb处于固溶状态时 。

500MPa汽车用Ti-Nb微合金高强度结构钢的优化和开发

Ti-Nb微合金高强度钢板的生产流程为206 t顶底复吹转炉-LF-RH-230 mm铸坯-连轧成3~7 mm板工艺。将原0.045Nb-0.015Ti微合金化钢优化成0.070Ti-0.015Nb微合金化钢后,其焊接性能和低温冲击性能优良,并具有良好的综合力学性能。使用结果表明,0.070Ti-0.015Nb微合金化钢与0.045Nb-0.015Ti微合金钢相同,满足加工和服役要求,但成本有明显降低。

低碳Ti-Nb系列钢焊后显微组织和性能

研究了焊接热模拟工艺参数中 ,冷却时间t8/ 5对Ti N和Ti Nb N两种成分系列钢热影响区 (HAZ)显微组织和冲击韧性的影响。用光学显微镜和电子显微镜 (SEM ,TEM)观察了不同试样的HAZ中 ,铁素体 (F)和粒贝组织的特征 ,特别是M -A组元的形态、数量和分布 ,分析了不同冷却速度产生的显微组织与冲击韧度的关系 ,探讨了微量合金元素Ti、Nb、N的添加对焊后试样HAZ组织和韧性所起的作用。结果表明 ,随t8/ 5趋缓 ,Ti N系列钢中F数量增加 ,粒贝数量减少 ,M -A组元由长条状变为方块状 ,韧性相应大幅提高。而Nb的添加抑制了F的生成 ,有利于产生侧板条状粒贝 。

Nb含量及相组成对Ti-Nb二元合金腐蚀性能的影响

对不同Nb含量的Ti—Nb合金（25％～45％Nb）及经过不同热处理的Ti-25Nb合金，用XRD分析其相组成，同时对其在3．5gNaCl溶液中的电化学腐蚀性能进行测试．着重考察Nb含量及相组成对Ti—Nb合金腐蚀性能的影响．结果表明，Ti—Nb合金系表现出较宽的钝化区域和较小的钝化电流密度，因而具有良好的抗腐蚀性能;随着Nb含量的增加，合金的钝化电流密度先减小后增加，其中Ti-35Nb表现出最佳的抗腐蚀性能;相组成对合金的电化学腐蚀有一定的影响．单相马氏体α″组织较两相组织具有更优的抗腐蚀性能．

Ti-Nb微合金钢中第二相粒子对CGHAZ组织及韧性的影响

利用碳萃取复型技术研究了含Ti-Nb微合金钢模拟粗晶区(CGHAZ)中的第二相粒子,并利用OM(光镜)、TEM(透射电镜)及系列冲击试验对含Ti-Nb微合金钢CGHAZ的组织及韧性进行了研究。研究结果表明,含Ti-Nb微合金钢中含有大量尺寸细小的TixNb1-x(CyN-y)粒子,粒子中Nb的相对质量分数(WNb/(WNb+WTi))在25%～82%之间,尺寸较大的粒子含有较多Ti,形状接近方形;尺寸较小的粒子含有较多的Nb,形状接近球形。焊接热循环后,粒子的数量显著减少、平均尺寸增大,残留的粒子变为方形。在焊接热循环过程中这些粒子能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、促进针状铁素体析出及M—A组元的分解,从而显著改善低合金高强钢CGHAZ的韧性,在500～800℃的冷却时间t越长,这种改善作用越明显。

Ti-Nb微合金化对低碳高强度钢组织和性能的影响

0.153Ti-0.038Nb和0.080Ti-0.062Nb两种Ti-Nb微合金化低碳钢(/%:0.061～0.075C、0.22Si、1.76～1.77Mn、0.002～0.003S、0.006P、0.003Als、0.003 8～0.004 2N、0.004 0～0.004 5O)由50 kg真空感应炉冶炼,轧成10 mm板,终轧温度880℃,水冷至630℃。试验结果表明,两种Ti-Nb微合金化钢的析出物均为(Nb,Ti)(C,N)复合析出物;当Ti含量由0.080%增加至0.153%,同时Nb含量由0.062%降至0.038%时,钢屈服和抗拉强度分别从558 MPa和653 MPa提高至633 MPa和756 MPa,屈强比、伸长率和断面收缩率变化较小。表明,添加Ti代替部分Nb进行复合微合金化可提高钢材强度,降低生产成本。

微合金元素Ti-Nb对低碳贝氏体钢组织和力学性能的影响

试验的700 MPa级低碳贝氏体钢由30 kg真空感应炉熔炼铸成断面100 mm×50 mm扁锭-轧成12mm板。通过CCT曲线和3～30℃/s冷却速度下组织的分析,研究0.01Ti-0.03Nb和0.06Ti-0.05Nb两种微合金化对(%)0.059～0.066C、1.41～1.67Mn、0.30～0.36Si、0.37～0.48Cu、0.21～0.24Ni、0.18～0.22Mo、0.000 8～0.002 2Bs、0.002 6N低碳贝氏体组织和力学性能的影响。结果表明,0.06Ti-0.05Nb钢的强度高于0.01Ti-0.03Nb钢,但前者Ti含量高,-40℃冲击功较后者低。700 MPa级低碳贝氏体钢合适的微合金化Ti-Nb成分为0.04%～0.05%Nb-0.015%～0.025%Ti。

Nb含量对生物医用Ti-Nb基合金力学性能与断口形貌的影响

分析了铌含量对Ti-XNb基钛合金室温力性与断口形貌的影响.结果表明:随着Nb含量的增加,O含量呈递增趋势,并且O含量的增量呈递减趋势.随着Nb含量的增加,室温拉伸强度逐渐增大;室温塑性逐渐减小.当5%<Nb(w/%)<15%时和20%<Nb<25%时,Nb含量的增加对Ti-XNb基合金具有显著的强化效果;当15%<Nb<20%时,Nb含量的增加对Ti-XNb合金的强化效果不明显.弹性模量值与Nb含量的变化呈反比.当Nb含量为25%时,达最小值,E=71 GPa,接近于人体自然骨模量值.Ti-5Nb合金的室温拉伸断口由大量的韧窝和撕裂岭构成,断裂方式为微孔聚合断裂,为韧性断裂.随着Nb含量的增加,大韧窝和撕裂岭的体积分数明显减小,逐渐转变为小而浅的韧窝,并出现由许多准解理台阶组成的解理面.

Ti-Nb微合金钢焊接粗晶热影响区组织及韧性

利用碳萃取复型技术研究了Ti Nb微合金钢及其模拟粗晶区(CGHAZ)中的第二相粒子,并利用OM、TEM及系列冲击试验对Ti Nb微合金钢焊接粗晶区的组织及韧性进行了研究。研究结果表明,Ti Nb微合金钢中含有大量的、尺寸细小的TixNb1-x(CyN1-y)粒子,粒子中Nb的相对含量在0.25～0.82之间,形状接近球形。这些粒子具有很高的稳定性,在焊接过程中这些粒子能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、促进针状铁素体析出及M A组元的分解,从而显著善低合金高强钢焊接粗晶热影响区的韧性,t8/5越大,这种改善作用越明显。

碳对水淬的Ti-Nb合金中Snoek型弛豫的影响

采用美国TA仪器公司的动力学分析仪(Q800)研究了水淬的含碳Ti-35.4Nb-0.05C(wt.%)和不含碳Ti-35.4Nb(wt.%)合金的内耗行为。实验结果表明:两种合金的内耗—温度曲线上都存在一个弛豫型的内耗峰,含碳的Ti-35.4Nb-0.05C内耗峰的弛豫激活能Hq=1.82±0.1eV,指数前因子τ0q=1.7×10^-19±1s。这个激活能值比不含碳水淬的Ti-35.4Nb合金的激活能稍大,同时,含碳水淬的Ti-35.4Nb-0.05C合金的内耗峰高度比水淬的Ti-35.4Nb合金低,初步推断是因为C的添加抑制了O引起的弛豫强度。

Ti-Nb IF钢铁素体区的热加工性能

按照Gleeble 1500D机热模拟试验结果,通过回归分析得出Ti-Nb IF(无间隙原子)钢(%:0.005C、0.055Al、0.01Nb、0.08Ti)在铁素体温度区(840～780℃)流变应力峰值σ_p与Zener-Hollomon参数Z(T,ε)之间的解析表达式;利用铁素体区变形的功率耗散图和加工失稳图建立了该钢的热加工图,获得其加工安全区和失稳区。结果表明,变形温度800～825℃,应变速率0.02～0.002 s^(-1)区域为Ti-Nb IF钢铁素体区热加工安全区域。

无镍Ti-Nb基合金的形状记忆效应和超弹性

无镍Ti-Nb基合金是具有应用前景的无毒形状记忆合金和超弹性合金.综述无镍Ti-Nb基合金的形状记忆性能和超弹性,结果表明优良形状记忆效应和超弹性的获得,需要有合适的化学成分和适当的热处理.β型Ti-Nb合金从高温β相区快速冷却经过一个马氏体转变,转变成α’马氏体或者α＂马氏体,从β相到α＂相的转变是热弹性马氏体转变,由此而产生形状记忆效应和超弹性.随着Nb含量的增加,马氏体转变温度降低,在所报道的Ti-Nb合金中,Nb含量主要集中范围在22~26（at.%）,这是由于室温超弹性发生在此成分范围.Zr、Sn、O、Al等元素对Ti-Nb基合金的形状记忆性能和超弹性有影响,这些元素的添加降低了Ms,增加了超弹性,超弹性比较好的合金有Ti-22Nb-4Zr（at.%）,可恢复应变最大达4.3%.在添加Al的合金Ti-Nb基合金中,Ti-24Nb-3Al（at.%）合金具有的最大可恢复应变达到4.7%.

两阶段待温轧制后Ti-Nb微合金钢的组织与性能

研究了Ti-Nb微合金钢在两阶段温轧后的组织及力学性能。结果表明:在低温进行第二阶段终轧后,Ti-Nb微合金钢组织主要由铁素体构成。铁素体晶粒、析出的化合物相尺寸细小。提高终冷温度可以显著改善钢的低温冲击性能。

Ti-Nb合金热变形行为及应变耦合本构模型

采用热模拟设备对Ti-Nb合金进行压缩实验,研究了其在应变速率为0.001～10 s^(-1)和变形温度为790～940℃时的热变形行为,并建立了基于应变耦合的Z参数修正的Arrhenius本构模型,同时获得了应变速率、变形温度与稳态应力之间的规律。结果表明:合金的流变应力会随着变形温度的下降和应变速率的上升而增加;所建立的本构模型具有非常高的精确度。通过计算,所建的本构模型在790℃≤T≤850℃时R值为0.9833,误差在10%以内的数据点占总数的95%,平均误差4.98%,最大误差13.7%;在850℃<T≤940℃时R值为0.9853,误差在10%以内的数据点占总数的94.44%,平均误差5.33%,最大误差12.82%。

Ti-Nb合金的物理基本构模型

采用Gleeble−3500型热模拟机对Ti-Nb合金在应变速率0.001~10 s^−1,变形温度1063~1213 K条件下进行热压缩实验,得到流变应力曲线。首先采用综合考虑弹性模量(E)和材料自扩散系数(D)的物理基本构方程建立Ti-Nb合金传统的应变补偿本构模型,再对所建立的本构模型进行修正来提高预测该合金流变应力的能力,最后对修正的本构模型进行简化来进一步提升建立该物理基本构模型的效率。结果表明:传统的应变补偿本构模型的预测能力并不理想,经过修正和简化的本构模型拥有较高的预测精度且两者的预测能力几乎相同。