Fe-Mo-Nb合金中溶质拖曳晶粒长大动力学的相场模拟

轻水堆事故容错燃料(ATF)包壳铁铬铝铁素体合金中添加微量Mo、Nb元素能起到固溶强化和析出的作用,其中析出的Laves相分布在晶界、亚晶界,被认为能固定晶界阻碍晶粒长大,发挥提高合金热稳定性能的作用。另一种观点认为,Laves相的钉扎效应小于溶质拖曳效应(SDE),在提高合金热稳定性方面不占主导。为研究SDE对晶界迁移的影响,本文使用相场方法定量模拟晶粒生长过程中Mo、Nb溶质元素对晶界迁移的阻碍,在已有相场模型基础上引入多晶相场模型和溶质拖曳附加项,并推导出其具体表达式用于建模。模拟结果显示,与经典稳态假设SDE模型相比,相场方法观察到非稳态的溶质分离过程,此外,还获得溶质在不同迁移速率晶界处的分布以及对应速率的SDE耗散能,确定了Nb、Mo元素的SDE作用范围。研究结果表明,该模型适用于模拟多晶生长过程中的SDE,能为深入理解材料中Mo、Nb溶质拖曳过程,以及材料设计和性能预测提供有价值的信息。

低碳Nb微合金钢中Nb溶质拖曳和析出相NbC钉扎对再结晶晶粒长大的影响

通过理论计算并结合实验研究了低碳Nb微合金钢中NbC析出相与Nb固溶原子共同作用对再结晶后奥氏体晶粒长大的影响.结果表明,Nb的溶质原子拖曳与NbC析出相钉扎共同作用阻碍晶粒长大晶界的迁移,高温时NbC析出相的钉扎起主要作用,Nb的溶质拖曳效应并不明显,而相对低温时Nb拖曳对晶粒长大产生明显地抑制作用,理论计算与实验结果吻合良好;溶质原子拖曳和析出相的钉扎对抑制晶粒长大的效力可以用p因子来表征,当p=0时,以NbC析出的Nb与固溶Nb的量之比达到最优,抑制晶粒长大效果最好,当p>0时,析出相的钉扎能更有效地阻碍晶粒长大,而p<0时,溶质原子的拖曳对抑制晶粒的长大更有效;在常规热轧温度区间或者奥氏体化温度区间内,只有尺寸不大于10 nm的细小的NbC析出相对再结晶后的晶粒长大才能起到较好抑制作用.

一种铁素体-奥氏体相变动力学模型

基于混合模型及吉布斯能量平衡模型思想,建立了一种简单的吉布斯能量平衡模型,应用于Fe-C-Mn低碳钢在780℃两相区等温过程中的铁素体向奥氏体相变模拟,并分析了三种吉布斯自由能、有效晶粒尺寸、元素分布等对相变的影响.结果表明,有效晶粒尺寸及界面迁移率影响相变速率,但对最终奥氏体体积分数无影响;相变过程中相界面处锰元素的富集导致的能量耗散同时降低了相变速率及最终奥氏体体积分数.对模拟结果进行实验验证,表明模拟结果与实验结果吻合良好.

铌对高强结构钢大热输入焊接热影响区组织和性能的影响

采用气电立焊和热模拟试验研究了铌对610MPa级高强结构钢大热输入焊接热影响区组织和性能的影响。结果表明，在100kJ／cm的大热输入条件下，铌对实际接头热影响区宽度的影响不明显，其均为7．5～8mm，但铌可加大粗晶区宽度约1．5min，同时不含铌钢粗晶区韧性均高于含铌钢。热模拟试验时在峰值温度1200℃以上，不含铌钢韧性远高于含铌钢；低于1200℃时，随峰值温度降低两者差值逐渐缩小。高的峰值温度下碳氮化铌溶解增加，固溶铌可通过对界面运动的溶质拖曳效应阻碍铁素体长大动力学，促进粗大板条贝氏体的形成：铌的添加不利于大热输入条件下高强结构钢的焊接性能。

片层状贝氏体铁素体长大动力学研究

为研究合金元素含量对钢中贝氏体铁素体长大动力学的影响,采用Zener-Hillert和Bosze-Trivedi动力学模型,通过选取热力学和动力学参数,计算了合金成分不同的钢的片层状贝氏体铁素体长大速度.研究表明:Fe-0.59C、Fe-0.81C和Fe-0.478C-4.87Ni合金在贝氏体相变时,贝氏体铁素体长大速度可以用无分配局部平衡条件下的扩散模型很好地描述,Fe-0.69C-1.8Ni-0.8Mo合金贝氏体铁素体长大速度略慢于理论值,Fe-C-8.7Ni合金贝氏体铁素体的长大速度比理论值约慢2个数量级;合金元素含量高的钢的贝氏体铁素体长大速度无法用扩散控制模型很好地描述;结合对贝氏体相变机制的讨论,提出贝氏体相变机制可能与相变温度和钢的成分相关.

X80管线钢待温过程中的析出行为研究

利用应力松弛方法研究了X80管线钢的PTT曲线，结合动力学计算对待温过程中的析出粒子尺寸演变进行模拟，并利用透射电镜研究了X80管线钢在不同待温时间下Nb（C，N）沉淀析出的规律。结果表明，试验用X80管线钢的PTT曲线为典型的C型，析出的鼻尖温度约为900℃，孕育时间约为5s；动力学计算表明，析出粒子的平均直径随着待温时间的延长而明显增加；在X80管线钢的实际生产中，950℃下待温约90s后，60nm的析出粒子比例明显提高，与动力学计算结果基本吻合；固溶铌含量的增加可有效降低晶界迁移率，从而通过溶质拖曳作用抑制再结晶的进行。因此，在不提高温度的情况下，适当缩短待温时间可减少铌在待温过程中的高温析出，从而提高X80管线钢的强韧性。

硅锰及加热速率对铁素体再结晶动力学的影响

本研究通过使用7种不同硅、锰含量的钢种,揭示了硅、锰成分和加热速率对铁素体再结晶动力学的影响,这与现代高强度钢渊AHSS冤的开发密切相关.通过原位二维X射线衍射渊2DXRD冤和非原位扫描电镜渊SEM冤微观组织观察,研究了再结晶动力学.实验观察到的再结晶起始温度渊Ts冤的差异与Si、Mn含量和加热速率有关,可用非等温JMAK模型和改进的Cahn溶质拖曳模型来描述.改进的Cahn模型近似地考虑了溶质原子与晶界之间的相互作用能,这种作用能依赖于晶界上的Si、Mn含量和Wagner相互作用参数.相对于参照钢种渊没有Si和只有少量Mn的钢种冤,Si、Mn原子对提高Ts的协同贡献高于Si、Mn浓度影响的简单叠加.这意味着,Si、Mn原子的相互作用,导致了Ts的额外上升,即耦合溶质拖曳效应.在再结晶的后期,我们用扫描电镜渊SEM冤研究了再结晶晶粒的数量密度变化和生长速率.观察揭示了再结晶晶粒的非随机形核、法线方向的晶粒早期撞击和非恒定生长速率.

Nb对奥氏体热变形后等温回复的影响

采用热模拟实验研究了不同Nb含量的低C高Mn钢在800—900℃变形后奥氏体的回复特征,同时借助Fe-40%Ni-0.1%Nb(质量分数)合金揭示了回复过程中的位错演化及析出行为,建立了位错滑移及溶质拖曳机制的等温回复动力学模型,据此计算拟合了应力松弛曲线上回复实验数据,计算结果与理论分析及实验结果相符.实验及模拟结果表明,Nb溶质拖曳及析出均减慢回复过程,提高变形积累;与Nb溶质拖曳相比,析出能够更有效地延缓回复软化;Nb溶质拖曳通过升高回复激活自由能U0及减小激活长度来实现回复过程的延缓,提高溶质Nb含量,将升高Uo和减小激活长度.对于含Nb低C高Mn微合金钢,在道次间隔短的多道次热连轧精轧阶段,变形积累主要依靠Nb溶质拖曳作用,而对于轧制节奏较慢的中厚板精轧,轧制变形的积累依靠Nb溶质拖曳与析出的共同作用.

δ相对Inconel 625合金管材组织及性能的影响（英文）

通过冷变形及时效处理来调控Inconel 625合金中δ相的含量、分布及形貌,采用XRD、SEM和EDS表征δ相的特征,研究了δ相对Inconel 625合金管材组织及性能的影响。研究表明,随着冷变形量的增加,合金的平均晶粒尺寸减小,晶粒变形均匀性逐渐变好,合金的硬度增加;δ相首先在形变孪晶界、晶界及变形带上析出,随后在晶内析出,针状的δ相在晶内呈近正交状或网格状分布,而在变形带上平行排列;随着冷变形量的增加,δ相的形貌由针状转变为短棒状或颗粒状;合金的平均晶粒尺寸随着冷变形量的增加和保温时间的延长而减小;当冷变形量为35%时,合金的硬度随保温时间的延长而增加,而冷变形量超过50%时合金的硬度没有发生明显的变化。

Ti-Mo铁素体钢纳米粒子析出行为研究现状

通过文献调研的方法,对纳米相铁素体钢的成分、工艺和力学性能研究动态进行了归纳,分析了不同Ti系、Ti-Mo系和Ti-Nb系的成分含量、终轧温度、冷却速率、卷取温度和等温时间等变量对钢中组织、纳米粒子行为和力学性能的影响;对铁素体钢中纳米相相间析出行为观察研究动态进行了分析;对纳米粒子相间析出行为的台阶机制、溶质拖曳消耗理论和超级台阶机制进行了对比分析,分析了3个模型机理的优点与缺点。最终提出在纳米尺度设计高度有序的复合析出纳米颗粒析出是开发超高性能稳定的纳米结构工程钢材的新途径。