耐老化马氏体时效不锈钢纳米析出相和逆变奥氏体调控研究进展

马氏体时效不锈钢通过中温时效可析出高数密度超细纳米级析出相,使其获得高强度和一定的韧性。但是,当马氏体时效不锈钢在中低温下长期服役时,由于富Cu相、NiAl相等析出强化相的粗化及Fe-Cr基体调幅分解形成脆性富Cr相等,其延展性和冲击性能大幅降低,出现明显的热老化脆化问题,给服役安全性带来隐患。通过适当降低铬含量和析出元素含量、提高镍含量可有效抑制析出强化相的粗化及脆性相的析出。若进一步通过成分设计和热处理调控获得适量的逆变奥氏体,可望有效改善其热老化脆化问题。本文介绍了马氏体时效不锈钢的成分设计原则、析出相特点及其热稳定性对热老化脆化的影响,综述了有利于提高组织热老化稳定性的马氏体时效不锈钢中纳米析出强化相和逆变奥氏体的调控方法,为新型耐老化马氏体时效不锈钢的成分设计和制备提供参考。

高强高导Cu-Cr-Zr系合金纳米析出相及其作用机理的研究进展

Cu-Cr-Zr系合金是目前高强高导电铜合金研究的热点,其优异的性能与其纳米析出相密切相关。综述了不同合金体系纳米析出相的晶体结构,总结了合金中各合金元素的作用机理和微量稀土元素的作用,指出了当前研究中存在的问题,并展望了其今后的发展。

具有纳米析出的亚微米钢的显微组织特点

采用 5 0 0℃单道强烈温轧方法制备了晶粒尺寸约 0 .6μm的亚微米钢。在不同温度下对部分试样进行了退火处理。结果表明 ,这种亚微米钢能够承受 45 0℃的退火而无明显的晶粒长大 ;即使在 5 5 0℃退火 ,其晶粒尺寸仍然在亚微米级。如此高的组织稳定性可以归因于钢中存在的大量弥散分布纳米析出相的钉扎效应。纳米析出相具有两种不同的尺寸级别 ,其中尺寸较大者的平均颗粒直径约 30nm ,而尺寸较小者的平均颗粒直径略小于 1 0nm。

弛豫过程中的纳米析出及贝氏体组织的细化

合金钢变形过程中奥氏体区域内的位错演变行为与析出行为有着密切的关系.为了验证贝氏体细化结构与室温模拟的Fe-40Ni合金纳米级析出相钉扎位错网络结构的关联,本文采用热模拟、金相显微技术和透射电镜（TEM）显微术研究了低碳微合金钢变形后850℃弛豫过程中的析出行为及其对随后冷却过程中形成的贝氏体组织的影响.结果表明,实验用钢的微观组织结构（超细晶贝氏体及马氏体的混合物）在弛豫过程中可以得到有效细化,变形后在850℃弛豫60～200 s可以得到最佳的组织细化结果.同时,应变诱导析出的小于10 nm的析出相可以有效地钉扎住位错.实验结果与Fe-40Ni合金模拟结果一致.

17-4PH不锈钢纳米析出物的磁小角中子散射研究

本文充分发挥中子对磁灵敏、穿透力强等技术优势,利用加载磁场小角中子散射实验技术研究核电站实际服役14年的阀杆17-4PH不锈钢样品。结果表明,与不加磁场时相比,加载磁场条件下二维散射图谱呈明显各向异性,在散射矢量垂直于磁场方向上散射强度显著增强。利用多分散球模型对数据进行拟合,结合原子探针实验结果分析得出,衬度的增加降低了Cu析出物周围元素分布不均匀对散射的相对贡献,从而有助于更加准确地获得Cu纳米析出物的尺寸。

纳米析出高强度钢的高温性能研究

采用Gleeble-3500热/力模拟试验机测定了新开发的纳米析出高强度钢在1 300～600℃的力学性能。结果表明:随拉伸温度降低,试验钢的抗拉强度逐渐升高,在1 000～750℃之间拉伸时,断面收缩率出现低谷,1 000℃时塑性仍很低,此温度区间即为该钢的第三脆性区,750℃时的断面收缩率最低,而在1 100～1 250℃之间钢的塑性良好。金相显微组织观察和扫描电镜观察发现,钢的第三脆性区拉伸试样断面呈现沿晶断口特征,以脆性断裂为主,表明纳米析出高强度钢的高温强度高,钢的塑性低谷的温度范围宽,易在连铸连轧生产过程中产生裂纹等缺陷,给实际生产工艺带来困难,需要注意制造工艺设计。

快速冷冲Al-Cu-Mg合金纳米析出相的回溶及再析出行为Zn含量对Al-12Si-3Cu合金强度和磨损性能的影响（英文）

采用高分辨透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和硬度测试等手段,研究快速冷冲强变形过程中喷射成形细晶Al-Cu-Mg合金纳米析出相的回溶及再析出行为。实验结果表明:挤压态Al-Cu-Mg合金在快速冷冲强变形过程中发生明显的回溶和再析出现象,塑性θ′相的回溶速度小于脆性S′相的回溶速度。经3道次快速冷冲强变形后挤压态合金中的长片状S′相和针状θ′相基本回溶,形成过饱和固溶体,合金经4道次快速冷冲变形后析出大量细小的颗粒状平衡相θ相。快速冷冲强变形导致S′相和θ′相发生破断,促使纳米析出相回溶。基体的高畸变自由能加速平衡θ相的析出,且合金硬度在快速冷冲过程中显著增大,由HB 55增加到HB 125。

高强度低合金钢中纳米析出相对腐蚀行为影响的研究进展

高强度低合金钢中Nb、V和Ti等微合金化元素的纳米析出相对于调控钢的组织和性能具有重要作用,它可以确保钢基体同时拥有较高的力学性能和较强的耐蚀性能.本文基于国内外最新研究现状,系统阐述了纳米析出相在高强度低合金钢中的存在形态以及其对钢中氢扩散、均匀腐蚀、应力腐蚀开裂以及各类氢损伤等腐蚀行为的影响规律和机制.研究表明,纳米析出相对钢基体腐蚀行为的影响受其尺寸、数量和分布状态的控制.细小且与基体共格或半共格的纳米析出相不仅可以通过改善钢的微观组织(包括亚结构)提高耐蚀性能,其导致的不可逆氢陷阱及对氢扩散的强烈抑制作用还可以极大提高抗应力腐蚀和各类氢损伤的能力.而大尺寸的非共格析出相则可能恶化钢基体的耐蚀性能和促进氢损伤.最后展望了目前关注较少的纳米析出相对腐蚀疲劳影响的相关研究.明确纳米析出相对高强度低合金钢腐蚀行为的影响规律与机制将有助于更高品质耐蚀钢的开发和应用.

一种冷轧高强钢板的纳米析出物

在研究纳米析出强化热轧钢板的基础上，对该钢板进行了冷轧退火试验研究。采用透射电镜（TEM）和能谱分析等方法分析了析出物的分布和形貌，测定了两种纳米析出物的成分。结果表明，试验钢经退火处理后存在着两种形状的析出物，矩形析出物尺寸为30-50nm，主要由TiN组成；圆形析出物为5～10nm，主要由TiC组成。这些析出物的出现将直接影响实验钢的性能及应用。

Al-Cu合金纳米析出相回溶和再析出的研究现状及发展趋势

综述了Al-Cu合金在强塑性变形过程中纳米析出相的演变规律,室温强塑性变形诱导Al-Cu合金析出相回溶,导致基体重新形成过饱和固溶体,继续对合金进行强塑性变形或时效处理,基体中析出再析出相,合金的力学性能显著提高。综合分析了析出相回溶的机理、机制及回溶和再析出对Al-Cu合金组织和性能的影响,阐述了Al-Cu合金纳米析出相回溶和再析出的研究方向和发展趋势,以期为制备性能优异的Al-Cu合金材料提供理论参考。

变形条件和冷却速率对低碳含Nb钢的相变及纳米析出的影响

利用Gleeble 3800热模拟试验机,研究了奥氏体再结晶和未再结晶组织对低碳含Nb钢连续冷却转变行为的影响,并对不同变形温度及冷却速率下Nb(C, N)的纳米析出行为进行了研究。结果表明,未再结晶区奥氏体的变形能够为多边形铁素体提供更多的相变形核点,扩大铁素体相变区,并且能够细化铁素体晶粒;相比于再结晶区1050℃单道次变形,未再结晶区的第二道次变形能够促进Nb(C, N)的析出,其中910℃变形时Nb(C, N)的析出量最多,850℃次之;冷却速率的增大能够抑制Nb(C, N)在奥氏体中的析出,但能够促进其在铁素体中析出;对于本试验钢,10℃/s的冷却速率即可抑制Nb(C, N)的析出;Nb(C, N)的析出粒子平均粒径随着冷却速率的增加而减小。

基于界面和纳米析出相材料的抗辐照损伤机制研究进展

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间的演变往往造成材料组织结构的改变,从而引起材料性能的下降,甚至失效.具有更苛刻服役条件的先进反应堆急需具有更优异抗辐照损伤性能的结构材料.抗辐照损伤材料设计的本质就是通过成分和微观结构等设计来提高材料中载能粒子辐照所引入缺陷的湮灭能力,从而提高材料的抗辐照性能.基于界面的抗辐照损伤设计是近几十年抗辐照损伤材料设计的主要思路.本文从抗辐照损伤机理研究存在的挑战出发,主要综述了基于界面的抗辐照材料结构、成分设计及特点,已经提出的抗辐照损伤设计方案及相关机理,重点介绍了北京大学技术物理系核技术应用团队基于界面以及提出的循环溶解再析出的纳米析出相的抗辐照损伤材料设计及机理方面的研究进展,并对未来基于界面和纳米析出相抗辐照损伤设计的研究进行了展望.

可相变的纳米析出相诱发亚稳低温钢的高延展性

纳米析出相在所有合金中都被用作额外的增强相,但大多数情况,特别是在低温环境下,纳米析出相的引入会严重降低材料的塑性和可加工性.这一强塑性倒置问题仍然亟待解决.基于此,本文发现了一种可相变的纳米析出相(TNP),通过其在变形过程的相变行为在亚稳基体中诱发了以微带和孪晶马氏体为主的多阶段变形机制.与不含TNP的低温钢相比,可持续的两阶段加工硬化能力使其在77 K下的屈服强度和均匀伸长率都能分别提高30%和65%.微带和析出相之间的交互作用不仅使微观结构得到动态细化,也将孪晶马氏体推迟至应变后期发生.此外,这一相变行为也可以缓解界面的错配应变,阻碍孪晶生长并获得更均匀的变形.这一研究结果证明了析出诱发塑性的创新机制,可为在极端环境下析出强化的应用提供新的方向.

形变及冷却速率对热轧超高强汽车钢板中纳米析出的影响

为精确控制热轧780 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢中的纳米析出物(Nb,Ti)C,利用热力模拟实验技水,通过透射电镜观察及统计分析,研究形变及冷却速率对纳米析出的影响规律.结果表明,形变可显著地提高析出物形核率,并细化析出物平均直径;析出物数量随冷却速率的增大逐渐减小;既定的实验条件下,冷却速率达到15℃/s可完全抑制析出物在冷却过程中形核;随着冷却速率的增大,析出物的形核区间由奥氏体区形核向铁素体或贝氏区转变,析出物平均直径明显细化;在低冷却速率条件下的变形实验钢中,形变提高组织中的空位浓度,促进析出物空位形核的发生;晶界或亚晶界是过饱和空位的主要陷阱,但空位的扩散活性很高致使低冷却速率条件下晶界或亚晶界附近的空位浓度低于析出物形核的临界形核浓度,从而无法形核,形成晶界附近无析出带;无析出带宽度随冷却速率的增大而减小,这归因于空位扩散活力随冷却速率的增大而降低.

显微组织对新型热轧纳米析出强化钢断裂韧性的影响

以抗拉强度700和780 MPa级新型热轧纳米析出强化钢为研究对象,通过裂纹尖端张开位移法实验评价其断裂韧性,探讨显微组织类型、大角度晶界、位错密度及纳米尺寸析出物对断裂韧性的影响机理.结果表明,实验温度为室温、-10和-30℃时,700 MPa级钢的条件启裂值δ_(Q0.2BL)和δ_(0.2)均大于780 MPa级钢,700 MPa,级钢的断裂韧性优于780MPa级钢.700 MPa级钢与780 MPa级钢的显微组织差异主要包含4个方面:(1)700 MPa级钢的显微组织以铁素体为主,而780 MPa级钢的显微组织以贝氏体铁素体为主;(2)700 MPa级钢中的碳化物形态为颗粒状或短棒状,而780 MPa级钢中的碳化物以长条状为主;(3)780 MPa级钢的位错密度显著高于700 MPa级钢;(4)700和780 MPa级钢中的大角度晶界比例分别为85.6%和76.8%.因此,提高铁素体体积分数和大角度晶界比例、细化碳化物尺寸及降低位错密度可有效提高钢板的断裂韧性;700和780 MPa级钢显微组织中粗大析出物(Nb,Ti)CN及晶界析出物会使钢板韧性恶化,铁素体或贝氏体基体上半共格析出的纳米尺度(Nb,Ti)C对韧性损害较小.

热处理温度对纳米析出强化钢组织性能的影响

开展了一系列热处理(500~750℃保温30 min后空冷)实验,分析了热处理温度对新型纳米析出强化钢组织性能的影响。结果表明:未热处理钢板的屈服强度和抗拉强度分别为510 MPa和620 MPa,显微组织为铁素体+珠光体;热处理温度在500~660℃之间时,屈服强度上升幅度在20~45 MPa之间;而热处理温度在700~750℃之间时,由于形成典型双相钢组织(铁素体+M/A岛),屈服强度仅为350 MPa。热处理温度在500~660℃之间时发生了(Nb,Ti)C的二次析出,且原有的析出物具有很好的热稳定性,宏观上表现为实验钢屈服强度提高。

低碳高强钢中纳米析出相回火过程中的透射分析

研究了一种800MPa级低碳高强钢中纳米析出相在回火过程中的演变规律。通过透射、高分辨电镜,并结合能谱仪系统分析了不同回火温度下析出相的形貌特征及其与基体的位相关系。研究表明,低碳高强钢中的纳米析出相主要为Nb、Ti、V、Mo等元素的碳氮化物,低温回火时主要为Nb、Ti的二元析出,高温回火后则为含Mo、V、Ti、Nb等多种元素的复合碳化物析出;钢中纳米析出相按大小分为两类,大尺寸颗粒是钢在轧制过程中形变诱导析出的,小尺寸颗粒是钢在回火过程中相变诱导析出的;同时,随回火温度的升高,钢中的析出相均慢慢长大并粗化,长大方式为典型的Oswald熟化机制;析出相与母相基体之间存在特定的取向关系,在析出的开始阶段,析出与基体的界面基本保持共格关系,析出相形状主要为球形或者类球形,随着回火温度的升高,析出逐渐长大并粗化,形状渐渐变为方形或者椭圆形,同时与基体脱离共格界面,保持的界面关系为:{100}MC∥{100}α-Fe,<100>MC∥<110>α-Fe。

Nb-Ti微合金化X100管线钢中的纳米析出规律

通过微合金化与控轧控冷技术的有机结合,在Nb-Ti微合金化X100管线钢中形成了大量纳米尺寸的析出粒子,对其形貌进行了观测分析,对组织中的析出粒子尺寸分布及其析出强化作用进行了定量分析,通过动力学计算分析了Nb（C,N）在奥氏体中的析出规律。结果表明：高级别管线钢中的析出相主要有两种类型,Nb（C,N）析出（1~30 nm）和（Ti,Nb）（C,N）复合析出（50~300 nm）,均为面心立方结构;X100管线钢析出强化贡献值约为70 MPa;对Nb-Ti微合金化管线钢中Nb（C,N）析出的动力学计算表明,在热连轧生产线生产高级别管线钢时,热轧过程中碳氮化物析出不到10%,90%均在随后的冷却过程中析出,在中厚板生产线生产级高级别管线钢时,热轧过程中碳氮化物析出近70%,其余30%主要在随后的冷却过程中析出。

TiC纳米析出相对低碳马氏体钢的韧化机理

采用SEM、EBSD、TEM、SAXS、XRD及相分析等方法,对经过相同轧制及热处理工艺的含Ti与无Ti低碳马氏体钢组织及冲击韧性进行分析对比。结果表明:含Ti钢经900℃油淬后,析出大量5～36 nm尺寸范围内的TiC。析出相有效钉扎晶界,马氏体组织得到显著细化,有效晶粒尺寸达到4.6μm;同时TiC的大量析出还使得含Ti钢位错密度下降,弹性模量明显提高。经900℃油淬后,含Ti钢冲击韧性明显改善,冲击吸收功由无Ti钢的53 J大幅提高至265 J。

低碳钢中纳米级析出物的研究

对用CSP工艺生产的低碳钢ZJ330和ZJ510进行了电化学相分析、X射线小角散射法分析和透射电镜（包括高分辨）研究，发现这些低碳高强度（HSLC）钢中有纳米级尺寸的析出物，经过对析出物的形貌、成分、数量及粒度分布的研究，发现尺寸小于36nm的析出物质量百分数大于含V、Nb的HSLA钢中相同尺寸大小的M（CxNy）的质量百分数。