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。

V-N微合金化钢筋中钒的析出行为

研究了氮对含钒微合金化钢筋中钒的析出行为的影响。实验结果表明 :低氮钒钢中 ,大部分钒固溶于铁素体基体 ,比例高达 5 6 % ,只有 35 .5 %钒形成 V (C,N) ;高氮钒钢中 ,70 %的钒析出形成 V(C,N) ,只有2 0 %的钒固溶于基体。钢中增氮还减小了 V(C,N)颗粒尺寸 ,明显增加细小 V(C,N)析出相的体积分数。

V和V-N微合金化低碳钢碳氮化物的形变析出

通过热模拟压缩实验考察了V和V-N微合金化低碳锰钢在860～740℃范围内多道次变形时的组织演变和碳氮化物析出规律及其相互影响．结果表明，含V钢中添加少量的N促进了变形奥氏体中V的碳氮化物（尤其是氮化物）的析出和形变诱导铁索体相变．V的碳氮化物析出降低了奥氏体中固溶的V，从而减弱了固溶V对形变诱导铁素体相变的抑制作用．碳氮化物析出在奥氏体的局部区域造成贫碳区，也促进了铁素体形核．在相同处理工艺下与V钢相比，V-N钢中铁素体内碳氮化物开始析出的时间短，析出相的数量多，长大速度慢，分布弥散．

V-N微合金化Q420B大规格角钢连铸坯高温热塑性的研究

通过Gleeble-3500热模拟试验机研究了不同应变速率下V-N微合金化Q420B钢连铸坯的高温热塑性,利用扫描电镜观察高塑性区和第Ⅲ脆性温度区拉伸试样的断口形貌及断口处组织形貌,分析了试验钢在高温下的强度和塑性随温度变化的关系,动态再结晶、相变和析出物对高温热塑性的影响。结果表明在应变速率为ε=5×10^-3/s时,存在第Ⅲ脆性区（700～900℃）,在1000℃时断面收缩率（RA）达到最大值92.16%;当应变速率为ε=5×10^-2/s时,存在第Ⅲ脆性区（600～862℃）,在1100℃时RA达到最大值90.39%;当应变速率为ε=5×10^-1/s时,不存在塑性凹槽;3个应变速率下均没有出现第Ⅱ脆性区;在第Ⅲ脆性区,随着应变速率的增大,断面收缩率提高;在1000～1200℃出现高塑性的主要原因是发生了动态再结晶;第Ⅲ脆性区塑性低主要是由于晶界处有析出物和夹杂物,同时也是由于沿奥氏体晶界析出的铁素体抗拉强度低。

V-N微合金化提高低合金结构钢强韧性研究

在16Mn钢中加入V-Fe合金及V-N合金进行微合金化,研制了16MnV(N)新钢种.用此钢种生产的角钢其力学性能:σb=520～625MPa,σs=395～465MPa,δ5=24%～28%,AK=43～96J.对V-N微合金化提高低合金结构钢强韧性的机理进行了研究.结果表明,所设计16MnV(N)钢力学性能提高的原因是组织细化和沉淀强化.

V-N微合金化Q550D高强度中厚板

对V-N微合金化Q550D高强度中厚板进行了控轧控冷工艺试验,研究了沿厚度方向不同位置的显微组织,并测定了其综合力学性能.结果表明:V-N微合金化Q550D中厚板显微组织为多边形铁素体+针状铁素体,表面至心部的平均晶粒尺寸逐渐增大,针状铁素体的质量分数逐渐减少,20~30 nm的(Ti,V)N及小于10 nm的V(C,N)析出物弥散地分布在多边形铁素体和针状铁素体基体上;试验钢屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、-20℃冲击功分别为651 MPa,733 MPa,18%,170 J;细晶强化、析出强化、位错强化、固溶强化、针状铁素体组织强化为主要的强化机制;晶粒细化、低C成分设计、针状铁素体组织的形成为主要的韧化机制.

V-N微合金化X80抗大变形管线钢的组织与力学性能

通过热模拟试验机研究了V-N微合金钢过冷奥氏体动态连续冷却相变行为,设计了V-N微合金化X80抗大变形管线钢的轧制与冷却工艺参数并分析了组织和力学性能的关系.结果表明,动态CCT曲线出现高温转变区和中温转变区分离的现象,转变温度范围分别是637~728℃和441~601℃,当冷速为10~20℃/s时,形成针状铁素体为主的组织.V-N微合金化管线钢组织以多边形铁素体和针状铁素体为主,屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和-20℃夏比冲击功分别为603 MPa,724 MPa,11. 1%和214 J,满足API Spec 5L对X80管线钢的力学性能要求,同时具有好的强塑性匹配.

热轧工艺对V-N微合金化Q420B大规格角钢组织转变的影响

利用热模拟试验机、扫描电镜研究了热轧工艺参数对V-N微合金化Q420B大规格角钢组织转变的影响规律。结果表明,加热温度由1150℃升高到1300℃时,铁素体平均晶粒尺寸由8.95μm长大到11.64μm,铁素体晶粒粗化了30.1%。开轧温度由950℃升高到1150℃时,铁素体平均晶粒尺寸由5.90μm长大到7.72μm,铁素体晶粒粗化了30.8%。终轧温度由760℃升高到910℃时,铁素体平均晶粒尺寸由5.15μm长大到7.72μm,铁素体晶粒粗化了49.9%。精轧累积压下率由20%升高到50%时,铁素体平均晶粒尺寸由7.91μm细化到4.94μm,铁素体晶粒细化了37.6%。

V-N微合金化HRB400钢筋细晶机制的研究

采用在Gleeble 2000热模拟试验机上进行的等温 淬火实验和γ→α相变动力学分析方法,对V N微合金化HRB400钢筋晶粒细化的机理进行研究,提出VN促进铁素体相变形核是V N微合金化HRB400钢筋晶粒细化的主要原因.

N含量对V-N微合金化HRB500E热轧带肋钢筋组织性能的影响

为解决N元素的加入导致HRB500E热轧带肋钢筋性能波动大的问题,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等设备,研究了不同N含量对V-N微合金化HRB500E钢筋力学性能、金相组织和析出行为的影响。结果表明:在各合金元素及碳元素含量控制相同条件下,随着N含量增加,V(C,N)的析出量增加,实现了对微合金化HRB500E钢筋关键力学性能的强化作用;随着N含量增加,珠光体比例增加,V(C,N)析出物尺寸更加细小弥散,析出总量也有所增加;当N元素质量分数处于0.012%~0.016%区间时,钢筋各项关键性能指标稳定且与国标、内控要求相比富裕量充分,实现了HRB500E热轧带肋钢筋批量化性能稳定性生产。

650MPa级V-N微合金化汽车大梁钢强化机制研究

采用OM，SEM和TEM对V微合金化钢与V-N微合金化钢的组织与析出相进行了分析，研究了强化机制．结果表明，V微合金化钢与V-N微合金化钢的显微组织主要为铁素体与少量珠光体的混合组织．随着卷取温度的升高，V-N微合金化钢的强度呈现出先增加后下降的规律，600℃时获得了最优的力学性能，其屈服强度与抗拉强度分别达到了605与687MPa，延伸率为24．5％．与V微合金化钢相比，V-N微合金化钢的铁素体晶粒更细小，平均晶粒尺寸达到4．5μm，析出相更细小弥散，尺寸在3～50mm之间，平均尺寸达到8．0nm。以及更高的位错密度．晶粒细化、析出强化与位错强化是V-N微合金化钢具有高屈服强度的主要原因，其中细晶强化是最主要的强化机制，占总屈服强度的43．05％，析出强化与位错强化对屈服强度的贡献高达34．44％．

V-N微合金化高强度铁塔用角钢的研究

利用V-N微合金化技术,在16Mn钢基础上进行铁塔用角钢的合金设计,并结合角钢的孔型轧制要求,考察了V/N合金设计以及板坯加热温度、轧制工艺参数对角钢组织性能的影响。结果表明,随着钢中V/N含量的增加,钢中弥散析出的第二相粒子数量显著增加,屈服强度显著提高,其中0.01%的钒含量对屈服强度贡献约为23 MPa。V-N微合金化角钢坯料再加热过程中V(C,N)粒子的溶解温度低于1 150℃,控制低的坯料加热温度有利于提高角钢的低温冲击韧性。终轧温度对低钒钢的屈服强度和韧性存在显著影响,但对高钒钢的组织性能影响不大。采用V-N微合金化设计后,角钢的综合性能得到显著提高,且力学性能对轧制工艺参数变化不敏感,因此,V-N微合金化技术适用于角钢的实际生产应用。

V-N微合金化高强度球扁钢截面均匀性研究

针对高强度球扁钢截面性能不均匀的特点,采用金相显微镜、透射电镜、相分析等试验分析方法,研究了V-N微合金化对其截面性能均匀性的影响。结果表明,V-N微合金化技术改善了球扁钢的截面性能均匀性,显著提高了球头心部的性能,这和V在球扁钢不同部位的不同析出行为密切相关。球头心部比其他部位具备更充分的V(C,N)析出动力学条件,析出强化效果更明显,弥补了因组织差异带来的强度损失,减小了截面性能差异。

V-N微合金化Q460GJC钢板的研发

为降低传统的Nb-V复合微合金化Q460建筑用钢板中的合金含量及生产成本,利用第3代TMCP技术和V-N微合金化技术,研制出单独V-N微合金化(wV=0.06%～0.08%)、不含铌的合金设计,并通过合理地控轧控冷工艺,在中厚板轧机上成功地生产出厚度40和50mm的V-N微合金化Q460GJC钢板。产品具有良好的综合性能,屈服强度大于470MPa,0℃冲击功超过150J,屈强比仅为80%。分析表明,细晶及析出强化对强度的贡献比例达到66%。

V-N微合金化600MPa高强度钢筋钢的动态连续冷却转变曲线

利用Gleeble-1500热模拟试验机测定了V-N微合金化600 MPa高强度钢筋钢在不同冷速下连续冷却转变的热膨胀曲线,结合显微组织观察,获得了该钢的动态连续冷却转变曲线。结果表明,当冷却速率小于1℃/s时,组织为铁素体和珠光体;当冷却速率为3℃/s时,出现少量贝氏体;当冷却速率为8℃/s时,珠光体消失,组织为铁素体和贝氏体;当冷却速率为10℃/s时,开始出现马氏体;当冷却速率在20℃/s以上时,组织全部转变为马氏体。

Nb对V-N微合金化钢高温热塑性的影响

使用Gleeble热模拟机研究了V-N和V-N-Nb微合金钢的高温热塑性,利用SEM和金相显微镜对热拉伸试样断口形貌和组织进行分析,并通过TEM对析出相进行了表征。结果表明在V-N钢基础上添加质量分数为0.024%的Nb,总体上降低了在第Ⅲ脆性温度区(950~600℃)的热塑性,使塑性低谷区变宽、变深。断面收缩率Z值低于40%的临界温度区间,V-N钢为862~713℃,而V-N-Nb钢在903~700℃以下,塑性低谷区宽度增加了54℃以上。2种钢的Z最低值在750℃,V-N钢为24.5%,V-N-Nb钢为15.5%。A_(3)温度以上,V-N-Nb钢中更多细小的碳氮化物析出是它热塑性低于V-N钢主要原因;A_(3)温度以下,750℃时Z最低值是由薄膜铁素体和碳氮化物析出综合作用的结果,温度降至700℃时Z提高,较厚的晶界铁素体和晶内铁素体生成是Z升高的主要原因。

氮含量对V-N微合金化高强钢筋微观组织及力学性能的影响

采用拉伸试验和显微维氏硬度试验对氮含量不同的3种V-N微合金化高强钢筋进行了力学性能测试。试验结果表明,试验钢的强度和硬度随氮含量的增大而增大,断后伸长率随含氮量的增大而减小。采用金相显微镜（OM）对不同氮含量的V-N微合金化高强钢筋室温组织进行了观测,试验钢热轧后冷却的室温显微组织为铁素体和珠光体,平均晶粒截距随氮含量的增大而减小。采用扫描电镜（SEM）对3种试验钢的拉伸断口进行了观测,断口组织均为韧窝断裂,随氮含量的增大,韧窝由大变小,由深变浅。经过晶粒尺寸、第二相以及位错对屈服强度贡献的计算,随氮含量增大,V-N微合金化高强钢筋的主要强化机制由细晶强化向沉淀强化过渡。

500MPa级V-N微合金化热冲压桥壳用钢的开发

采用OM、SEM和TEM对500 MPa级V-N微合金化热冲压桥壳用钢的组织与性能进行了研究。结果表明,其屈服强度、抗拉强度分别达到了373和544 MPa,断后伸长率达到25.5%,低温冲击性能优异,在-60℃时的冲击功达到了145 J。其显微组织主要为铁素体和少量珠光体的混合组织,其中,铁素体基体上存在大量球形析出物,该析出物在规格上分为尺寸为30~50 nm且能谱分析显示主要为VCN的大颗粒第二相和尺寸在20 nm以下且能谱分析显示主要为VC的小颗粒第二相。热冲压后,500 MPa级V-N微合金化热冲压桥壳用钢的屈服强度和抗拉强度分别达到305和450 MPa,屈服强度和抗拉强度的下降率分别控制在18.2%和17.3%。

钒氮微合金化高强钢板生产工艺实践

基于短流程低成本的思路,采用添加钒氮的微合金化成分设计,并制定了冶炼、连铸、轧制等关键工艺措施,成功开发出Q550D高强钢板且实现批量化生产。产品成分、性能等均满足标准要求,吨钢成本可降低100元/t左右,具有良好的经济效益。

600 MPa级复合微合金化高强钢筋的研制

采用V-N、Nb、Cr复合微合金化控冷工艺试制600 MPa级高强钢筋,并对钢筋力学性能、室温组织、时效及疲劳性能进行检验分析。结果表明:钢筋微合金化成分设计、轧制及控冷工艺合理,钢筋具有良好的力学性能、疲劳性能及低应变时效性能,综合性能优异。V-N、Cr复合微合金化控冷工艺钢筋室温组织为多边形铁素体+珠光体,组织细小均匀分布,有利于钢筋强韧性能的改善与发挥。V-N、Nb、Cr复合微合金化控冷工艺钢筋室温组织为多边形铁素体+珠光体+少量贝氏体,组织配比及形态较好,有利于钢筋抗拉强度的提高,促进了钢筋抗震性能及综合性能的改善。