三維原子探針對鈮微合金化鋼碳氮化物的析出研究

高鋼級管線鋼中碳氮化物析出對提高鋼的強(qiáng)韌性有著非常重要的作用.基于高鋼級管線鋼的成分體系,建立(nbx,ti1-x)(cyn1-y)-aln復(fù)合析出的雙亞點(diǎn)陣熱力學(xué)模型,計(jì)算出800～1450℃內(nèi)兩種不同nb含量的管線鋼中碳氮化物復(fù)合析出數(shù)據(jù),并與jmatpro軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較.結(jié)果表明:nb含量的增加,提高了nb的全固溶溫度,擴(kuò)大了高溫析出溫度區(qū)域;ti元素在1200～1450℃內(nèi)析出速度很快,1200℃時(shí)兩種成分鋼中ti的析出量均大于50%;800℃平衡態(tài)時(shí),析出物均以nbc為主;nb對ti元素的交互作用間接影響到aln的析出;熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果與jmatpro軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,試驗(yàn)數(shù)據(jù)有著良好的一致性.

為改善q345b微合金鋼鑄坯塑性，控制裂紋產(chǎn)生，對q345b鋼中硫化物及微合金碳氮化物析出熱力學(xué)進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明：1）鋼液中不可能析出氮化物、碳化物和硫化物；2）鋼液凝固過程中硫化錳在1472℃、氮化鈦在1467℃時(shí)具備析出的熱力學(xué)條件，而其它氮化物、碳化物則不具備析出條件；3）在奧氏體相中，氮化鋁、碳化鈦，碳化釩和氮化釩的平衡析出溫度分別為1027℃、977℃、727℃和777℃。

利用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法研究了三種重載齒輪鋼滲碳后的疲勞性能。結(jié)果表明,添加鈮能夠細(xì)化重載齒輪鋼組織,提高滲碳層硬度,從而提高其疲勞強(qiáng)度。同時(shí),疲勞裂紋在滲碳層沿原奧氏體晶界擴(kuò)展,鈮微合金化重載齒輪鋼的晶粒細(xì)化,從而可以阻礙疲勞裂紋的擴(kuò)展。此外,掃描電鏡觀察疲勞斷口發(fā)現(xiàn),重載齒輪鋼滲碳后疲勞裂紋起源于基體或夾雜物,夾雜物尺寸越小,疲勞性能越好。

根據(jù)鋼的高溫延塑性可將含鈮、釩、鈦微合金化鋼分為兩類：一類是含碳較低（≤０．１０％）的鋼種，此類鋼在溫度降低到８２５℃后延塑性能夠隨溫度降低而快速恢復(fù)；另一類是含碳較高（＞０．１２％）或含鈮、釩較高的鋼種，此類鋼在第ⅲ脆性溫度區(qū)的脆化可延伸至７２５℃。通過提高恒拉速率、液面自動控制投入率和鑄機(jī)對弧精度，并針對鋼的高溫延塑性特點(diǎn)采用合理的二冷工藝，使矯直區(qū)鑄坯邊角部溫度避開鋼的脆性溫度區(qū)，含鈮、釩、鈦微合金化鋼連鑄板坯的角橫裂顯著減少。

基于雙亞點(diǎn)陣模型,建立x100管線鋼（nbx,ti1-x）（cyn1-y）-aln復(fù)合析出熱力學(xué)模型。熱力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果表明,1450～1100k時(shí),nb析出量顯著增大;1800～1400k時(shí),ti析出速度加快,aln的析出溫度為1450k左右。tem觀察及eds分析結(jié)果顯示,1173k時(shí),有大量細(xì)小（nb,ti）（c,n）的析出物產(chǎn)生,nb與ti的原子比大于4;1373k時(shí),nb與ti的原子比接近1;1523k時(shí),以較大長條形、方形析出物為主,nb與ti的原子比小于0.43。熱力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與jmatpro軟件計(jì)算結(jié)果及eds統(tǒng)計(jì)結(jié)果有較好的一致性。

微合金化鋼是在c—mn鋼或低合金鋼中添加微量元素（〈0．1％的nb、v、ti，有時(shí)還包括b、al、re）進(jìn)行合金化，通過高純潔度冶煉，控軋（鍛）控冷（tmcp），獲得細(xì)晶、碳氮化物沉淀強(qiáng)化的高強(qiáng)度、高韌性，高可焊性、良好成形性的鋼種。這類鋼的品種、產(chǎn)量和應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，是鋼鐵行業(yè)發(fā)展方向之一。其具有顯著高的使用性能和性價(jià)比及某些特殊的性能。

介紹了陜西鋼鐵集團(tuán)有限公司應(yīng)用鈮微合金化技術(shù)生產(chǎn)hrb400e高強(qiáng)抗震鋼筋的生產(chǎn)情況。經(jīng)檢驗(yàn),該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品化學(xué)成分和力學(xué)性能完全滿足國家最新標(biāo)準(zhǔn)要求,且具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

通過對不同b含量的低碳硼鋼和nb、v微合金化低碳硼鋼的沖擊實(shí)驗(yàn),研究了b含量及nb、v微合金化對低碳硼鋼沖擊性能的影響.結(jié)果表明:0.0006%~0.0015%的b將提高熱處理狀態(tài)鋼的沖擊韌性,b質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.003%將降低鋼的沖擊韌性.nb、v復(fù)合微合金化同時(shí)加入適量al可顯著提高熱處理狀態(tài)低碳硼鋼的沖擊韌性.ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.03%對低碳硼鋼和微合金硼鋼的沖擊性能不利.

用電子探針和透射電鏡對厚規(guī)格ti、nb微合金化q345b鋼板中夾雜物和析出物進(jìn)行了觀察分析,結(jié)果表明,q345b鋼板中的夾雜物主要是錳、鈣的氧化物和硫化物以及它們的復(fù)合夾雜物,氧化物大多呈球狀或橢球狀,硫化物多數(shù)呈長條狀;析出物主要是鈮和鈦及其化合物,鈦主要以tin的形式存在,呈方形或矩形;鈮主要以尺寸較大的碳氮化物存在,以橢圓形為主,析出在奧氏體晶內(nèi)、晶界上。

　第41卷　第9期 　2006年9月 鋼鐵 ironandsteel 　vol.41,no.9 september　2006 硼微合金化對sphc鋼組織、析出物以及屈服強(qiáng)度的影響 范鼎東1,2,　張建平1,　肖麗俊2,　郭亞東2 (1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一軋鋼總廠,安徽馬鞍山243000;　2.鋼鐵研究總院連鑄中心,北京100081) 摘　要:研究了加硼后對薄板坯連鑄連軋(tscr)流程生產(chǎn)的sphc熱軋鋼帶力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)加b后熱軋 鋼帶在線檢測的平均屈服強(qiáng)度為284mpa,經(jīng)48h時(shí)效后,屈服強(qiáng)度降低至248mpa,冷軋開卷前屈服強(qiáng)度降低至 230mpa,在相同生產(chǎn)工藝條件下加b后屈服強(qiáng)度降低約40mpa。 關(guān)鍵詞:硼微合金化;薄板坯連鑄連

介紹了昆鋼采用氮化增強(qiáng)劑、鈮微合金化生產(chǎn)hrb400鋼的實(shí)踐,對鋼筋的金相組織、焊接性能及時(shí)效性進(jìn)行了分析研究,并對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評價(jià)。

本文介紹了酒鋼采用鈮微合金化工藝技術(shù)生產(chǎn)hrb400鋼筋的生產(chǎn)試制過程和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)束,為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)hrb400鋼筋提供了一種新的微合金化工藝方案。

實(shí)驗(yàn)室試制了低碳nb、v微合金化含硼冷鐓鋼,并對試驗(yàn)鋼的組織和性能進(jìn)行了對比研究。結(jié)果表明:鋼中添加適當(dāng)?shù)膎b、v細(xì)化了含硼鋼的鐵素體晶粒,顯著提高了含硼鋼的抗拉強(qiáng)度,其中,nb、v復(fù)合微合金化含硼鋼的效果最好,其次是含釩硼鋼和含鈮硼鋼。分析表明,nb、v復(fù)合微合金化在含硼鋼中的主要作用在于細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化。

主要介紹了水鋼鈮微合金化hrb400鋼筋開發(fā)工藝及實(shí)施情況,通過對鈮微合金化hrb400鋼筋試制,初步掌握nb合金的強(qiáng)化機(jī)理,確保該鋼種的正常生產(chǎn),節(jié)約公司生產(chǎn)成本。

結(jié)合石油焊管用低碳微合金化鋼的研制開發(fā)，從合金化、冶煉、控軋工藝以及形變熱處理等幾個(gè)方面分析論述了鋼的強(qiáng)韌化途徑，同時(shí)結(jié)合組織形態(tài)觀察，闡述位錯(cuò)強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等冶金措施在石油焊管用鋼中的作用。

對節(jié)約型鈮微合金化hrb400鋼筋的成分、鋼坯加熱溫度和上冷床溫度進(jìn)行了優(yōu)化,分析了有時(shí)試樣初檢屈服點(diǎn)不明顯的原因并提出了應(yīng)對措施。研究結(jié)果表明:控制鋼中w(nb)為0.008%~0.028%,適宜的鋼坯加熱溫度為1050~1150℃,軋后控冷,上冷床溫度按830~860℃控制,可生產(chǎn)性能合格的hrb400鋼筋。如成分和工藝控制不當(dāng),造成貝氏體量高于10.7%時(shí)就可能出現(xiàn)初檢屈服點(diǎn)不明顯的現(xiàn)象。

采用新型微氮合金化技術(shù)對hrb400e帶肋鋼筋進(jìn)行生產(chǎn)試制研究,發(fā)現(xiàn)其鋼坯在750~850℃存在熱塑脆性區(qū),通過控制連鑄工藝可獲得優(yōu)質(zhì)鋼坯;鋼筋成品具有較高抗拉強(qiáng)度和合適屈強(qiáng)比,時(shí)效性能穩(wěn)定,其金相組織均以鐵素體+珠光體組成。研究表明,新型微氮鋼筋的強(qiáng)度增加主要是由大小為5~30nm的第二相粒子析出強(qiáng)化作用引起的,可以使鋼筋的合金釩用量節(jié)約40%~60%。采用該工藝生產(chǎn)的螺紋鋼每噸鋼的成本降低了40~60元,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

通過采用金相顯微鏡、掃描電鏡及能譜分析等手段,對鈮微合金化熱軋帶肋鋼筋的連鑄方坯質(zhì)量及鋼筋表面裂紋進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明,連鑄方坯上的中心疏松、中間裂紋和中心裂紋頗為嚴(yán)重,分析認(rèn)為這些缺陷是澆注溫度、冷卻強(qiáng)度和拉坯速度等因素綜合影響的結(jié)果。鋼筋表面裂紋為縱向裂紋,主要是由表層及亞表層的夾雜物而并非連鑄方坯內(nèi)部裂紋所引起的,討論了夾雜物對鋼筋縱向裂紋擴(kuò)展和分叉的影響,裂紋擴(kuò)展時(shí)遇到難以變形的大顆粒夾雜易發(fā)生分叉。提出了優(yōu)化冶煉和改進(jìn)連鑄工藝等相關(guān)措施并取得了良好的效果。

基于規(guī)則熔體理論和平衡反應(yīng)基礎(chǔ),對連鑄工序x80管線鋼中碳化物、氮化物析出進(jìn)行熱力學(xué)分析,研究ti、nb及al的碳化物、氮化物析出規(guī)律。結(jié)果表明,固液兩相區(qū),tic0.005n0.995和tin分別在1785k和1784k時(shí)開始析出;奧氏體相區(qū),碳化物、氮化物析出先后順序?yàn)閚bc0.64n0.36、nbc、nbn、aln、tic,相應(yīng)析出溫度為1457、1404、1354、1267、1226k;γ→α相變過程中,tic發(fā)生相間析出,nb主要以nbc形式析出,aln析出量較少。

用高分辨電子顯微鏡(hrem)進(jìn)行了nb、cr、mo、ni等微合金元素復(fù)合微合金化的實(shí)用超低碳含cu鋼中時(shí)效析出相的形貌觀察及晶體結(jié)構(gòu)鑒定,探索將hrem分析技術(shù)有效應(yīng)用于工程材料微觀結(jié)構(gòu)研究的新途徑。在300萬倍以上的放大倍率下清晰觀察到了尺寸僅有十個(gè)nm左右的細(xì)小彌散分布的時(shí)效析出顆粒以及其中的孿晶結(jié)構(gòu),還有大量在局部微區(qū)形成的過渡結(jié)構(gòu)。嘗試用單個(gè)顆粒hrem像上的晶格條紋間距鑒定了鋼中除ε-cu以外的另3類時(shí)效析出相的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,時(shí)效期間鋼中析出cu、nb、cr、mo、ni的特殊碳化物(碳氮化物),與ε-cu共同產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。提出了用hrem像對實(shí)用鋼材中彌散分布的微細(xì)析出相進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)鑒定的實(shí)驗(yàn)方法。

通過在鋼/鋁復(fù)合材料界面添加si、zn、mn、ni微量合金元素來增強(qiáng)鋼/鋁界面的結(jié)合強(qiáng)度,提高鋼/鋁復(fù)合材料的應(yīng)用性能。對合金化界面進(jìn)行了剝離強(qiáng)度的測試,并用xrd檢測了結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明si、zn界面微合金化處理能顯著提高鋼/鋁復(fù)合板界面性能。

用包括奧氏體γ相和兩個(gè)碳氮化物相三相溶解度間隙平衡處理的方法計(jì)算了v-ti-n微合金非調(diào)質(zhì)油井管鋼中的碳氮化物析出.計(jì)算結(jié)果表明,此鋼奧氏體中的析出模式為1473℃時(shí)tin即開始析出;其后部分tin逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合(tixv1-x)(cyn1-y)顆粒,而其他的tin直到低溫仍保持其化學(xué)性質(zhì);最后富v-c的v(cxn1-x)在846℃開始析出.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這種析出模式.計(jì)算結(jié)果支持了中碳含釩微合金鋼中800℃以下奧氏體中的析出對其后的奧氏體分解相變具有明顯的調(diào)控作用的觀點(diǎn).