钛微合金化高强度耐候钢成分设计及熔炼

在普通耐候钢Q450NQR1成分的基础上,通过理论计算,设计出一种钛含量为0.04%～0.10%、屈服强度为520～750 MPa的高强度耐候钢.按照成分设计要求,采用高频真空感应炉在1 873 K条件下熔炼钢样,并对不同钛加入量的钢样进行成分和组织结构分析.结果表明,熔炼的钢样中氧含量为(17～26)×10-6,氮含量为(12～66)×10-6,钛含量为0.006 1%～0.059 0%;钢样组织主要由铁素体和珠光体构成,随着钢中钛含量的增加,晶粒明显细化,钢组织渐趋均匀.SEM分析表明,钢中长方体的TiN夹杂,是以球形的Al2O3、MgO和钛氧化物夹杂为核心生长的,必要时在微合金化处理之前将钢中的氧含量降低到一定程度.     

CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现：屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti( C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti4 C2 S2粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.     

析出粒子对钛微合金化高强钢奥氏体晶粒长大的影响

通过析出粒子与奥氏体晶粒尺寸的定量关系,建立奥氏体晶粒长大模型,计算TiN和TiC析出粒子共同作用下钛微合金化钢奥氏体晶粒尺寸. 根据析出相质点理论计算结果表明:随着加热温度的升高,析出粒子体积分数逐渐减少,粒子半径逐渐增大,TiC粒子强烈阻止奥氏体晶粒长大,TiN粒子对奥氏体晶粒长大钉扎效果一般. 采用实验测试手段测量不同加热温度下保温30 min后实验钢的奥氏体晶粒尺寸,与理论计算结果吻合较好.     

正火过程中V--N微合金化钢的第二相行为

采用物理化学相分析、高分辨透射电镜等手段研究V-N微合金化钢在正火过程中第二相行为,并进行相应的理论计算,讨论该行为对材料性能产生的影响.正火加热保温过程中,V-N钢有约32.9%的V( C,N)未溶解,阻止奥氏体晶粒长大.在正火冷却过程中,未溶解的V( C,N)诱导晶内铁素体形核,细化铁素体晶粒,而溶解的V( C,N)重新析出,起到析出强化作用. V( C,N)析出相行为的变化导致材料力学性能的改变.与热轧态V-N钢相比,正火态V-N钢细晶强化贡献值增加31 MPa,而析出强化贡献值减少45 MPa.     

Nb微合金化对低合金高强钢耐海水腐蚀性能的影响

利用室内模拟海水加速腐蚀试验及电化学分析,研究了Nb微合金化对Cu-Cr-Ni-P系低合金高强钢耐海水腐蚀性能的影响。结果表明,含Nb钢与不含Nb钢组织均由铁素体和珠光体构成,但Nb微合金化后钢中珠光体组织减少且晶粒细化明显,其在模拟海水介质中的平均腐蚀速率与不含Nb钢相比,降低了约12%,阳极腐蚀电流密度也有所降低。由此可见,在Cu-Cr-Ni-P系低合金高强钢中加入Nb元素有助于提高其耐海水腐蚀性能。     

TSCR流程生产钛微合金化高强耐候钢中的析出物

运用电子显微镜和化学相分析等多种实验手段研究了Ti微合金化高强耐候钢中的析出物,并在热力学计算的基础上分析了其析出过程. 结果表明:钢中主要存在TiC,TiCN,Ti4C2S2,TiN等析出物,连轧前TiN的析出过程已基本完成;大量纳米尺寸的TiC球形析出物粒子在铁素体的位错线上分布;Ti含量增加改变了MC相的粒度分布,小尺寸粒子的体积分数显著增加,增强了沉淀强化的效果.     

钛微合金化热轧双相钢的工艺研究

通过模拟实验研究了钛微合金化热轧双相钢的连续冷却转变曲线及终轧温度对组织的影响规律,获得了可行的工艺窗口,并进行了验证性热轧实验.在冷却速率小于5℃·s-1及温度在625~725℃时,实验钢可以形成先共析铁素体.随着终轧温度升高,组织中铁素体及马氏体含量先升高后降低,但幅度不大.同时,当终轧温度较高时,铁素体显微硬度增加,析出强化作用增加.当终轧温度及缓冷温度分别为840℃及700℃时,获得了抗拉强度为672 MPa及屈强比为0.61的性能良好的热轧双相钢.经计算,铁素体组织中析出强化量为78.5 MPa.     

CSP流程Ti微合金化高强钢的疲劳性能

采用升降法对CSP工艺生产的2mm厚Ti微合金化高强钢的疲劳性能进行研究.结果发现:高强钢的抗拉强度为830 MPa;疲劳强度为685 MPa,约为抗拉强度的0.83倍;伸长率为18.8%.绘制了高强钢的S--N曲线,并拟合出疲劳寿命与最大应力的关系.通过扫描电镜对疲劳断裂机理进行了分析.宏观疲劳断口可见明显的裂纹源区、扩展区和瞬断区形貌.疲劳裂纹起始于带钢表面微裂纹;疲劳扩展区存在微观疲劳辉纹、二次裂纹和宏观疲劳贝纹线;瞬断区出现撕裂棱,兼有韧窝存在.     

CSP生产Ti微合金化高强钢中纳米碳化物

采用光学金相、电子显微术和化学相分析的方法并结合热力学计算,分析了紧凑式带钢生产(CSP)的Ti微合金化高强钢中的析出物及其析出规律.研究发现:高强钢中存在微米尺寸的立方TiN析出和大量纳米尺寸的析出物粒子;钢中MX相(M=Ti,Mo,Cr;X=C,N)的质量分数为0.0927%,其中10 nm以下的析出物占26.9%;均热之前和均热过程TiN已基本全部析出,连轧前TiC不具备析出的热力学条件;降低钢中N和S含量、严格控制卷取温度可增加TiC的体积分数,降低γ→α相变温度可以阻止细小碳化物长大.结果表明,析出物总的沉淀强化效果约为156 MPa,并能通过化学成分和工艺的控制进一步增强.     

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素体相变.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.     

600 MPa级钛微合金化高强钢的组织与性能研究

采用光学显微镜、透射电镜以及能谱分析等对转炉CSP流程600 MPa级钛微合金化高强钢的组织及性能进行研究.结果表明,试验钢具有良好的综合力学性能,其典型组织为多边形铁素体加粒状贝氏体;位错和位错胞的强化作用成为钛微合金钢的主要强化机制之一;钢中M/A岛在增加试验钢强度的同时并未明显降低其韧性和塑性;试验钢中存在TiN、TiC和TiS等析出物,为钢的细晶强化和析出强化提供了保证;试验钢中存在大量纳米级铁碳析出物,其沉淀强化作用不容忽视.     

微合金化对超细晶中厚板显微组织的影响

在Gleeble 1500热模拟机上,通过820~790℃温度范围内的多道次热压缩变形模拟了中厚板的精轧工艺,考察了不同铌、钒(氮)含量的低碳钢的组织演变过程、微合金元素的碳氮化物的析出行为和对形变诱导铁素体相变(DIFT)的影响.结果表明:变形过程中有部分奥氏体转变为铁素体,依变形的温度不同在变形间隔时间内有逆相变或亚动态相变发生;变形后快速冷却得到平均晶粒直径低于5μm的超细晶组织.单独添加钒对DIFT具有抑制作用,可以细化显微组织;钒-氮复合添加促进DIFT,但使组织粗化;添加铌基本不会抑制DIFT,能显著细化显微组织.变形后冷速越小,钢种间差距越明显.微合金化元素的作用与其在变形过程中...     

700MPa级Ti-Nb-V-Mo复合微合金化高强钢的工业研制

基于CSP工艺,采用Ti基复合微合金技术、控轧控冷及平整工艺,开发了屈服强度700 MPa级别的薄规格高强钢,借助SEM、TEM、EDS和力学性能测试等,分析了不同轧制工艺参数对高强钢性能、组织及析出物的影响.结果表明,该高强钢组织由准多边形铁素体及极少量粒状珠光体构成;薄规格强化及冷却速度控轧的细晶强化、卷取温度控制...     

基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢组织及性能

通过单轴热压缩试验,结合扫描电镜以及X射线衍射技术,研究了动态相变前奥氏体晶粒状态对基于动态相变的热轧Nb-V-Ti微合金化TRIP钢复相组织状态及力学性能的影响.与动态相变前奥氏体晶粒为等轴状条件下相比,动态相变前奥氏体晶粒为拉长状条件下,动态相变得到的铁素体转变量较大,最终复相组织中贝氏体含量较少且团径较小,马氏体含量较少,但对残余奥氏体含量及其含碳量影响不明显.与不含微合金化元素的基于动态相变的热轧TRIP钢相比,Nb-V-Ti微合金化TRIP钢的屈服强度和抗拉强度明显提高,而延伸率有所降低.     

冷速对钒微合金化钢形变诱导相变组织的影响

通过热模拟实验考察了在连续冷却条件下,不同的冷却速度对钒微合金化钢的形变诱导铁素体相变(DIFT)组织演变的影响规律.结果表明,大变形后的冷却速度越大,实验用钢的铁素体晶粒越细小;在相同的冷却速度下,钢中的钒含量越多,铁素体晶粒越细小.在较低的冷却速度下,钢中的钒含量越多,钒的碳氮化物析出越多;当冷却速度较大时,钒微合金化实验用钢中没有钒的碳氮化物析出.     

热轧Nb微合金化TRIP钢高温区变形过程中Nb的析出行为

通过Gleeble热模拟实验研究了含0.038% Nb (质量分数)的热轧TRIP钢在高温奥氏体区的热加工工艺,借助光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了组织演变和Nb的析出行为,并利用电感耦合等离子体发射光谱仪定量分析了Nb的固溶/析出程度.在1250℃奥氏体化5 min后添加Nb有70%固溶于奥氏体.在1000℃以上的奥氏体再结晶区变形过程中Nb的析出量仅占总固溶量的3%,不能有效抑制静态再结晶,奥氏体晶粒得到明显细化.在900℃的奥氏体未再结晶区变形前析出Nb量已达到总固溶量的9%,再结晶被抑制而获得拉长状奥氏体.奥氏体未再结晶区变形可促进铁素体转变并细化铁素体晶粒.再结晶奥氏体或形变奥氏体状态下冷却至650℃时分别有占总添加量的48%和40%的Nb仍以固溶态存在.     

CSP工艺生产硼微合金化SPHD板的组织性能

以CSP流程生产的含B和无B的SPHD冷轧基板为实验材料,运用拉伸实验、金相观察、SEM、TEM和EBSD手段,对比分析了两种钢的力学性能、组织、析出物、位错密度和晶体学取向的变化. 研究表明:微合金元素B的加入明显使SPHD冷轧基板的铁素体晶粒粗大化,钢中有粗大的析出相粒子产生,且位错密度下降,从而引起屈服强度的降低. 采用背电子散射EBSD技术分析了无B和含B钢的晶体学取向,其取向主要为大角度晶界,且无B钢中存在着大量的亚晶.     

Ti对高强耐候钢力学性能的影响

通过光学显微镜、透射电镜(TEM)以及力学性能测试等手段分析了薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺生产Ti微合金化高强耐候钢的成分及工艺对显微组织和力学性能的影响.研究结果表明:钢中加入Ti,屈服强度有明显的提高;钛质量分数为0.05%～0.08%时,高强耐候钢的晶粒尺寸随着钛含量的增加基本不变;高强耐候钢强度的提高主要取决于钢中有效钛的含量,有效钛不仅与钛的含量有关,而且还与S, N的含量有关;在有效钛含量一定的条件下,析出强化的大小主要取决于轧后的卷取温度.     

铌对低碳钢形变强化相变的影响

利用热模拟压缩变形实验研究了含铌钢和相应成分的低碳钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律,探讨了铌在析出状态时对形变强化相变的影响,进行了转变动力学曲线的分析. 结果表明:形变强化相变之前有Nb(CN)析出可以显著促进铁素体形核. 含铌钢的过冷奥氏体在A3～Ar3之间变形,可以得到平均晶粒尺寸为1.9 μm的形变强化相变铁素体. 其转变动力学与低碳钢相类似,以形变强化相变为主;在铁素体转变基本完成时,含铌钢的铁素体晶粒较细小.