低碳钛、钒微合金钢中的相间析出

针对目前较少关注的Ti-V微合金体系,在Formaster—FII膨胀仪上进行奥氏体/铁素体两相区等温,在铁素体相变同时获得Ti、V复合相间析出。采用金相、透射电子显微镜对显微组织、尤其是相间析出形貌、及其与铁素体基体的位向关系进行了观察与分析。研究表明,650℃为静态等温相变的鼻温点,相间析出呈层状分布,具有平面和曲面两种形貌,相间析出碳化物与铁素体基体之间存在Baker-Nutting取向关系。

低合金钢中纳米碳化物相间析出行为的研究进展

低合金钢中的相间析出现象自发现以来,凭借其独特的相变模式及规则分布的析出产物在学术界得到了广泛的关注。近年来又凭借其强度贡献高、扩孔性能好等优点而受到了汽车行业的广泛青睐。然而由于对其背后的物理机制尚不清楚,从而对相间析出型高强钢的组织调控和性能优化提出了挑战。首先归纳了相间析出的典型形貌特征,描述了析出相的片间距、尺寸随温度的变化趋势;随后重点介绍了已有的解释相间析出现象的各类模型,并指出其存在的局限性,同时提出了在基于溶质拖曳理论的基础上可定量描述铁素体长大与碳化物析出耦合相变动力学的建模设想;最后介绍了相间析出在工业上的应用,展望了其未来在含铁素体相高强钢的强度提升及抗氢脆性能方面具有广阔的应用前景。

V-Ti微合金钢的组织性能及相间析出行为

采用热模拟实验研究了等温温度对V-Ti微合金钢组织性能及相间析出行为的影响规律,利用OM和TEM分析了不同等温温度下实验钢的组织特征.结果表明,不同等温温度下均可得到大量铁素体组织,随等温温度的降低,铁素体体积分数增加,铁素体晶粒尺寸减小.不同等温温度下均可观察到平面相间析出,且降低等温温度可显著细化相间析出列间距和析出粒子尺寸.纳米碳化物具有NaCl型晶体结构,晶格常数约为0.436 nm,同铁素体基体满足(100)carbide//(100)ferrite和[011]carbide//[001]ferrite的B-N关系.在680℃下等温30 min,沉淀强化量可达到360.6 MPa.

低碳铁素体钢中纳米尺寸碳化物的相间析出特征

分别在600、650和700℃度对Ti-Mo低碳钢进行等温处理,对其力学性能进行检测并利用扫描电镜观察其显微组织,最后通过透射电镜和选区电子衍射对纳米尺寸碳化物的相间析出特征进行研究分析。结果表明:相间析出的排间距随着处理温度的降低而减小;排间距的平均值是常量,但单个排间距的值变化很大,两个特定行之间的排间距变化不大;不同方向析出的相间析出粒子之间存在着竞争关系,当两方相遇时,其中某一方向或被迫中断,或发生偏转直至两者的方向几乎相同,这是形成不同的相间析出台阶高度的一个原因;相间析出粒子的析出面并非只固定在{110}α面上,相间析出也可以在铁素体的其他晶面上发生。

Ti-MO低碳超高强钢中相间析出强化

在不同温度下对Ti-Mo低碳钢进行等温转变,对热轧板进行力学性能检测,利用扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射等方法进行组织观察,同时分析了相间析出粒子的形貌、尺寸和分布规律.结果显示,随着等温温度降低,钢的强度提高,延展性降低,屈强比增大.在透射试样中观察到两种不同形态分布的相间析出碳化物:平面型相间析出和曲面型相间析出.相间析出碳化物的平均直径为4.30nm,平均纵横比为1.375.在650℃等温保温1 h时,相间析出强化对铁素体相强度的增量在400MPa以上.

含Nb-Ti低碳微合金钢中纳米碳化物的相间析出行为

采用热膨胀实验研究了等温温度对Nb-Ti微合金钢组织、性能及析出行为的影响规律,利用TEM对不同温度等温后试样的析出行为进行观察和分析.结果表明,不同温度等温后试样中均可观察到相间析出碳化物,且降低等温温度可显著细化相间析出碳化物所在面面间距、相间析出碳化物所在面内析出物间距及相间析出碳化物尺寸.具有层状分布特征的相间析出碳化物所在面呈现弯曲和平直2种形态,其中平直型相间析出碳化物所在面平行于铁素体的{011},{012},{013}和{035}面.经HRTEM确定相间析出碳化物具有Na Cl型晶体结构,晶格常数为0.434 nm,且与铁素体基体符合Baker-Nutting(B-N)关系,经EDS分析确定相间析出碳化物为(Nb,Ti)C.利用Orowan机制对析出强化量进行估算,结果表明不同等温温度下析出强化量均大于300 MPa.

微合金高强钢纳米相间析出行为研究进展

提高强度的同时不降低韧性,是人们在高强钢研发过程中追求的目标。相较于其他强化方式,细化晶粒可以使材料的强度和韧性同时提高,但目前为止钢铁材料晶粒尺寸最小可控制到3~5μm,所能带来的强化效果有限。新型铁素体基高强钢通过相间析出使铁素体基体上分布着有规则排列的纳米尺寸碳化物,大大提高强韧性能、可成型性和焊接性,广泛应用于工程机械、石油管线、汽车零部件以及高层建筑领域。近几年随着钢铁行业的发展,对于相间析出的了解也越来也深入,各种微合金钢的纳米相间析出特征已有大量报道,主要集中在析出物微观结构特征与强度贡献的研究上。然而,相间析出机制以及模型还存在许多争议,通过工艺控制实现稳定的相间析出还比较困难,纳米相间析出高强钢的性能稳定性还较差。随着科技的发展,相关先进分析仪器也在更新换代,为新型铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出行为的深入研究提供了条件。综述了铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出的国内外研究动态,阐明了台阶理论与溶质消耗理论的局限性;对铁素体基高强钢的成分设计进行了分析,揭示了合金化方式对相间析出行为的影响规律;介绍了目前国际上研究纳米尺度碳化物相间析出行为的先进仪器及技术,最后对新型铁素体基高强钢的发展进行了展望,指出复合微合金化表现出的优势将会是以后微合金钢发展的必然趋势。

低碳含钒钢组织变化及V(C,N)析出规律

通过热模拟试验,研究了0.058%C-0.92%Mn-0.51%V钢在变形后等温过程中的组织变化规律及显微硬度变化规律,并用透射电镜研究了V(C,N)的沉淀析出规律。结果表明,变形后在650、700、750℃等温100s时可获得单相铁素体组织,从而基本消除珠光体组织。等温转变过程中,铁素体先是主要沿奥氏体晶界形核,随后逐渐变为晶内形核。V(C,N)的沉淀析出存在两种形式:相间析出和随机析出。V(C,N)的相间析出消除了C元素在奥氏体中的富集,是获得单相铁素体组织的重要条件。

冷却制度对铁素体基Ti-Mo微合金钢超细碳化物析出行为的影响

采用SEM、TEM和SAXS研究了轧后γ→α相变过程以及γ→α相变后冷却速率对（Tix，Mo1-x）C粒子析出行为的影响。结果表明：在γ→α相变温度范围内采用较快的冷却速率可以使相间析出的（Tix，Mo1-x）C粒子尺寸更细小，分布更均匀，这些粒子尺寸多数在1～10nm；γ→α相变完成后缓慢冷却可以使（Tix，Mo1-x）C粒子在α基体中进一步弥散析出，这类弥散析出的粒子形成温度低，尺寸细小均匀。

冷却速度和卷取温度对Nb-V-Ti复合微合金带钢铁素体中析出的影响

采用一种工业生产的Nb-V-Ti复合微合金钢在Gleeble热模拟试验机上研究了精轧后冷却速度(1～30℃/s)和卷取温度(650～550℃)对铁素体中析出的影响。研究结果表明,在1～5℃/s的冷却速度下观察到了10～20 nm的相间析出。在650℃和600℃卷取时,随着轧后冷却速度的增加,10 nm以下的一般析出数量增多而尺寸减小;而在550℃卷取时,当冷却速度为30℃/s时10 nm以下的析出数量急剧减少,这可能与较慢析出动力学有关。在相同的轧后冷却速度下,当卷取温度降低时,一般析出的体积分数增加而尺寸减小,这与析出的热力学驱动力增加有关。

含Nb-Ti低碳微合金钢纳米碳化物析出行为

采用热膨胀仪、显微硬度计和透射电镜研究了等温温度对Nb-Ti微合金钢组织性能及析出行为的影响规律.结果表明,在不同温度下等温淬火均得到铁素体与马氏体的双相组织,且随着等温温度的降低,铁素体的体积分数逐渐增大.实验钢中存在两种主要的析出形态,分别为相间析出和弥散析出,且随着等温温度的降低,析出形态逐渐从相间析出向弥散析出转变.通过HRTEM确定相间析出碳化物具有Na Cl型晶体结构,晶格常数为0.432 nm,且与铁素体基体满足Baker-Nutting(B-N)关系.铁素体相的维氏硬度随着等温温度的降低而逐渐增大.

Nb-V低碳微合金钢等温淬火过程析出行为

利用透射电镜和纳米压痕仪对Nb-V低碳微合金钢中纳米碳化物的析出行为进行研究.研究结果表明,在700℃等温60 min试样中,可同时观察到相间析出和弥散析出,在其余试样中均未观察到相间析出,此规律可以通过相变过程中的扩散准则和台阶机制来解释.另外,纳米压痕结果显示在600℃等温20 min试样中,平均硬度为3. 87 GPa,650℃等温20 min试样中,平均硬度为4. 10 GPa,且通过TEM观察可以看出,650℃等温20 min中试样析出物数量密度较大且分布均匀.利用Ashby-Orowan机制对析出强化量进行计算,可以得出在650℃等温20 min试样中,析出强化对整个屈服强度的贡献量可以达到110 MPa.

高V钢中V(C,N)沉淀强化作用的研究

通过实验室轧钢试验,研究了三种高V钢轧制状态下的组织的和力学性能,并用透射电镜观察了V(C,N)析出的状况.结果表明,高V钢中可以获得单相的铁素体组织,并可以获得较高的强度,最高的屈服强度值达到525 MPa.对C3钢而言,由V(C,N)析出颗粒的沉淀强化造成的屈服强度增量最大可达244 MPa.透射电镜观察结果表明,高V钢中容易获得相间析出.试验获得的V(C,N)析出颗粒为4～10 nm,经计算分析,该尺寸在V(C,N)最大沉淀强化效果的范围.

V和N微合金化对77B钢组织和性能的影响

研究了以钒和氮微合金化的77B钢经1 150℃加热、580℃等温处理10 min空冷后的组织、力学性能和强化机制。结果表明,加钒能减小77B钢的索氏体片间距,提高抗拉强度,但塑性下降;加钒和氮则可促进V(C,N)的析出,增大索氏体片间距,结果提高了钢的综合力学性能。

在铬钢中6铁共析转变时Fe2Hf相的形成

本文报导了在Fe-9Cr-0．3Hf钢中δ-Fe转变为γ—Fe＋Fe2Hf的共析反应过程中的析出动力学。在反应过程中，观察到三种类型的析出方式：（1）细小的Fe2Hf颗粒在相间析出呈周期性地排列成行；（2）在8相中，Fe2Hf相首先析出，然后8相转变为1相；（3）在8相转变成1相之后，在1相基体中，Fe2Hf相的析出。在时间-温度-转变图中，相问析出的鼻子位于1100℃的几秒钟。相间析出可望作为强化耐热铁素体钢的方法，但是，在三元相图中，析出方式的热处理窗口较窄。

Ti-Mo微合金钢铁素体中的析出物

用MMS-300热力模拟机研究了变形量、保温温度及保温时间对钛钼微合金钢铁素体基体上析出物尺寸的影响规律,获得了铁素体区析出动力学特征。结果表明,实验钢铁素体基体中析出物主要为钛钼的碳氮化物,其中尺寸较大析出物为圆形、方形或长条形,随机分布;尺寸细小析出物为圆形或椭圆形,其析出形态为排列整齐的相间析出及弥散析出,当保温温度较高时,其分布形式主要为相间析出;随着变形量的增加及保温时间的延长,析出物尺寸减少,随着保温温度的升高,析出物尺寸先增加后减少,铁素体区析出动力学曲线中600℃和700℃为最小尺寸析出温度。

超高强复相钢组织调控及强塑性提升机理

通过调控微观组织形貌及各相组织配比,进一步优化超高强复相钢的综合力学性能,并采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)等表征手段,研究其强塑性提升机理。研究结果表明,在820℃的(γ+α)临界区温度退火工艺条件下,显微组织由约37%铁素体、49%贝氏体以及14%残余奥氏体(体积分数)组成,其中铁素体组织以再结晶铁素体和先共析铁素体两种形态存在;贝氏体呈块状;残余奥氏体呈不规则颗粒状,主要分布在铁素体晶界处或铁素体与贝氏体相界面间,其晶粒大小与其周围“贫碳区”BCC晶粒尺寸大致成正比。在910℃奥氏体单相区退火时,显微组织由约19%先共析铁素体、61%板条束状贝氏体型铁素体以及厚度在60~130 nm范围的20%片层状残余奥氏体组成,其中贝氏体铁素体以再结晶γ晶粒作为相变的块状基准单元且呈不同位向分布;大角度晶界所占比例达85.4%;基体中V(C,N)第二相粒子为相间析出,析出粒子直径为3~9 nm,平均列间距约31 nm,对材料的强度贡献计算值约为281 MPa。超高强复相钢的综合力学性能与其微观形貌特征、晶体结构和晶体取向、第二相析出粒子、高密度位错以及残余奥氏体的TRIP效应贡献均密切关联,单相奥氏体区退火工艺条件下,复相钢的抗拉强度达到1226 MPa,同时伸长率和扩孔率分别提高至19.1%和51%,强塑积达到23.42 GPa·%。研究结果可为高强化材料综合性能的提升提供参考。

Ti-Mo微合金钢回火过程中纳米碳化物析出行为

利用透射电镜对含Ti微合金钢热轧及回火后的析出相分布、形貌和尺寸进行了观察和分析,结合拉伸试验结果研究了回火过程中纳米析出颗粒的变化特征及其对试验钢强度变化的影响。结果表明,600℃回火2h试验钢的屈服强度达到最大值,这是由于除了热轧后空冷形成的高体积分数相间析出以外,回火过程中又形成了大量的过饱和析出,此时纳米析出相体积分数较其他温度增加约3%~5%,颗粒平均尺寸为5~6nm,分布最均匀。随着回火温度的升高和回火时间的延长,2类析出颗粒均发生了不同程度的粗化,相间析出颗粒尺寸均在8nm以下,较过饱和析出颗粒具有较好的热稳定性,析出强化作用更明显。

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。

纳米析出铁素体和贝氏体低碳钢应力应变特性研究

系统研究了存在纳米尺寸碳化钒析出的铁素体和贝氏体相低碳钢的应力-应变行为。通过奥氏体/铁素体转变并结合相间析出制取组织为铁素体相的试样,通过奥氏体/贝氏体转变,随后进行时效制取贝氏体相试样。两种试样的应力-应变曲线具有几个共同特征:高屈服应力、相对低的加工硬化特性以及足够高的伸长率。根据组织参数计算了溶质原子、晶界、位错和析出物对强度的贡献,并将计算结果与试验测定的应力结果进行对比。溶质原子和晶界强化贡献可以简单地相加,而位错和析出物对强度的贡献大小应表示为两者平方和的平方根。纳米尺寸碳化物在拉伸变形早期阶段可能充当位错增生源的作用,而在变形后期则加速位错湮灭。这种增加型动态回复可能造成铁素体相和贝氏体相这两种钢都具有相当高的伸长率。