Fe-C-X系合金针状铁素体在奥氏体贫碳区先共析转变的热力学分析

针状铁素体组织强度高、韧性好,基于氧化物夹杂形核,有很强的自身细化晶粒的能力,获得大量超细针状铁素体组织是超级钢研究的主要发展方向.建立了Fe-C-X系合金针状铁素体在奥氏体贫碳区先共析转变的热力学模型,并对Q235钢进行了数值模拟.结果表明,针状铁素体在实际相变开始温度(约923 K)的相变驱动力(绝对值)为450～740 J/mol,而且随着贫碳区碳含量的减少而增加.该模型可获得比以往扩散模型更大的相变驱动力,从热力学角度来讲,针状铁素体在奥氏体贫碳区很可能具有先共析转变的相变过程.     

热变形奥氏体先共析铁素体的热力学计算

用超组元模型为热力学基础，计算了35CrMo结构钢合金形奥氏体→铁素体转变的亚稳碳摩尔分数xC^α/γ和xC^γ/α以及先共析铁素体析出驱动力△Gγ→α γ′，并讨论了不同的形变温度和形变速率对亚稳碳浓度和先共析铁素体析出驱动力的影响．未变形钢的先共析铁素体热力学平衡温度Ae3的计算值与实测值基本符合．分析了γ相热变形对Ae3的影响．     

热变形奥氏体先共析铁素体的热力学计算

用超组元模型为热力学基础,计算了35CrMo结构钢合金形奥氏体→铁素体转变的亚稳碳摩尔分数x_C~(α/γ)和x_C~(γ/α)以及先共析铁素体析出驱动力△G~(γ→α γ′),并讨论了不同的形变温度和形变速率对亚稳碳浓度和先共析铁素体析出驱动力的影响.未变形钢的先共析铁素体热力学平衡温度A_(e3)的计算值与实测值基本符合.分析了γ相热变形对A_(e3)的影响。     

热变形温度对先共析铁素体等温转变动力学的影响

试验研究了一种Cr－Mn－Mo－B低碳低合金高强钢奥氏作热变形温度对相变前奥氏体组织状态及对先共析铁素体等温转变动力学的影响，结果表明，随着奥氏体热变形温度的降低，相变前奥氏体晶粒减小，并且先共析铁素体等温转变孕育期缩短，先共析铁素体转变量增多．     

临界区热处理对亚共析钢的相变过程、显微组织和力学性能影响的研究

本文对马氏体前组织的40 CrNiMo钢在临界区温度范围内再加热时的奥氏体形成过程动力学作了观察。结果表明:在临界区再加热时,马氏体到奥氏体的相变实际上是属于非平衡状态,相成份和数量的改变不能从平衡相图上予以精确地确定。在这种情况下,奥氏体转变是在近乎平衡相图的(α γ)两相区温度时等温进行,转变的百分数随着等温时间的延长而增多,直到所有的针状铁素体完全消失。反应速率随等温温度的提高而加快。运用热力学的分析可以解释这种现象。所形成的奥氏体呈针状和球状两种形貌,奥氏体的形貌取决于奥氏体化温度和加热速度,本质上则取决于相变驱动力和合金的扩散速度与距离。本文对马氏体和针状铁素体两相混合组织钢的力学性能和断裂行为作了测定和研究。结果得出:这种混合组织可以在强度不变的条件下提高淬火钢的韧性。其室温下的断裂本质可用临界应变模型来阐明,针状铁素体对韧性的作用是由于马氏体相中的裂纹在扩展到延性的铁素体时将受到抑制的缘故。当然,较低温度再加热的,由于晶粒细化而改善韧性的作用将更有增进。     

形变对12MnMoVN钢连续冷却转变的影响

奥氏体区形变使钢的连续冷却转变曲线向左上方移动;形变促进先共析铁素体转变,使先共析铁素体数量增加;形变还诱发珠光体转变。岛状组织转变动力学曲线形状与岛状组织的基体铁素体类型有关。     

加工硬化奥氏体→先共析铁素体相变动力学及机制

试验研究了Ｃ－Ｍｎ钢加工硬化奥氏体→先共析铁素体等温转变规律，结果发现，加工硬化使相变孕育期缩短的主要原因在于铁素体在奥低体晶界处成核能力的提高，ｌｎｌｎ（１／１－ＸＦ）与ｌｎｔ之间的关系为二段直线，本文对形核自由能变化和显微组织演变进行了分析，并给出了合理的解释。     

奥氏体晶粒尺寸对45V非调质钢组织和性能的影响

研究了４５Ｖ钢初始状态奥氏体晶粒尺寸对其组织和性能的影响，得出显微组织和力学性能的关系。结果表明，随相变前奥氏体晶粒尺寸增大，铁素体数量减小，硬度与强度提高，塑性降低。４５Ｖ钢先共析铁素体体积分数（ｆα）与硬度（ＨＶ）、缺口试样的强度（σｂＮ）和塑性（ΨＮ）的关系为ＨＶ＝３７０－４２Ｆα１／３，σｂＮ＝１４６６－１１１０ｆα１／３，ΨＮ＝３２＋０．５７ｆα。     

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.     

送装工艺对板坯再加热过程奥氏体晶粒细化的影响

连铸坯下线至加热炉的温度制度及其表层组织演变与热送或粗轧裂纹密切相关.基于热模拟实验分析了送装工艺对奥氏体转变特征和再加热晶粒尺寸的影响.高温共聚焦激光扫描显微镜原位观察表明,含Nb J55钢在双相区700℃热装时,组织为晶界膜状先共析铁素体、魏氏体和大量残留奥氏体,再加热至1200℃,奥氏体晶粒大小、位置都不变;单相区600℃温装时,组织为大量铁素体+珠光体,再加热至1200℃时,奥氏体晶粒明显细化.马弗炉模拟SS400钢双相区不同热装温度发现,铁素体转变量至少达70%时才可细化再加热后的奥氏体晶粒.在临界转变量以上,基体中铁素体转变量越多晶粒细化程度越明显.     

低碳微合金钢在过冷奥氏体亚稳定区的转变

通过对低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金钢进行连续冷却和等温实验,发现低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金钢在过冷奥氏体亚稳定区等温,能发生针状铁素体转变.非再结晶区变形奥氏体连续冷却时虽然能得到各类低碳贝氏体组织,但各类组织特别是针状铁素体的份额却不能有效控制.通过分阶段冷却,可以控制得到针状铁素体和板条贝氏复相组织.利用针状组织分割原奥氏体晶粒能细化组织,达到优化高强度低碳微合金钢的力学性能目的.     

Toughening mechanisms of a high-strength acicular ferrite steel heavy plate

An ultra-low carbon acicular ferrite steel heavy plate was obtained with an advanced thermo-mechanical control process-relaxed precipitation controlled transformation (TMCP-RPC) at Xiangtan Steel, Valin Group. The heavy plate has a tensile strength of approximately 600 MPa with a lower yield ratio. The impact toughness of the heavy plate achieves 280 J at -40℃. The fine-grained mixed microstructures of the heavy plate mainly consist of acicular ferrite, granular bainite, and polygonal ferrite. The high strength and excellent toughness of the heavy plate are attributed to the formation of acicular ferrite microstructure. The prevention of blocks of martensite/retained austenite (M/A) and the higher cleanness are also responsible for the superior toughness.     

原位观察TiN粒子对低合金高强度钢模拟焊接热影响区粗晶区晶粒细化作用

采用高温激光共聚焦显微镜原位观察和电子背散射衍射技术研究TiN粒子在低合金高强度钢模拟大线能量焊接热循环过程中晶粒细化效果。研究发现合理的Ti和N含量能形成大量细小弥散分布的纳米级TiN粒子,在焊接热循环过程中有效钉扎热影响区粗晶区奥氏体晶界,抑制晶粒粗化。同时,TiN附着在Al2 O3表面析出,在冷却过程中有效促进针状铁素体形核,得到有效晶粒尺寸非常细小的由少量针状铁素体和大量贝氏体构成的复合组织。     

微合金钢中氧化物夹杂对焊接热影响区组织、性能的影响

研究了一种微合金钢中夹杂物与模拟焊接热影响区微观组织以及低温冲击韧性的关系.结果发现:实验钢夹杂物以类球状Ti2O3-Al2O3-MnS型复合夹杂为主,分布较为均匀且尺寸小于3μm;在相变冷却时间较短(T8/5=40s)时,试样微观组织以针状铁素体和沿晶铁素体为主,板条贝氏体束较少,原奥氏体晶粒尺寸在50μm左右,低温冲击性能优良;随着相变冷却时间的延长(T8/5=60,80s),原奥氏体晶粒尺寸也随之增大,相变温度的提高和相变区域的变宽使得位于原奥氏体晶界附近的夹杂物对晶界处多边形铁素体的诱导促进作用更加明显,沿晶铁素体长大剧烈,一定程度上消耗了晶内针状铁素体对组织的分割细化作用,使得低温冲击韧性有所降低.     

轧制工艺对微合金管线钢组织及M/A岛的影响

采用热模拟和显微组织分析方法,研究了冷却速率、变形温度、变形量等轧制工艺参数对一种X70级微合金管线钢组织及马氏体/奥氏体(M/A)小岛的影响.结果表明:增大冷速、降低变形温度均可使组织细化,组织中多边形铁素体减少,针状铁素体增多;同时,在不同的控轧条件下,会形成一定的M/A小岛,变形温度对M/A小岛影响不大,而适当提高冷速和增大变形量将减少小岛相对量,并使其细小而弥散分布于基体;合理控制形变参数及冷速可获得较理想的显微组织与M/A小岛的配合,提高材料性能.     

Separation occurring during the drop weight tear test of thick-walled X80 pipeline steels

A separation phenomenon occurring during the drop weight tear test of commercial thick-walled API (American Petroleum Institute) X80 strip steel was investigated in this work. Microstructural analysis showed that the band structure of bainite elongated along the rolling direction works as the initiation sites of separation. The propagation of separation can be promoted not only by the occurrence of the band structure of martensite/austenite constituent, prior austenite grain boundaries, and elongated bainite, but also by fine acicular ferrite and bainite. Wide separation formed in the former case, while the narrow one appeared in the latter case. Some methods were proposed to obtain fine and homogeneous acicular ferrite in thick-walled X80 pipeline steel in order to minimize the occurrence of separation.     

热轧态与回火态 AH80 DB 低碳贝氏体钢组织与冲击韧性

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热轧态和回火态AH80DB低碳贝氏体钢的显微组织、马氏体/奥氏体( M/A)岛、第二相的析出行为以及晶界取向差、有效晶粒尺寸进行研究,揭示回火后低碳贝氏体钢冲击韧性得到改善的原因.结果表明：两种试样的组织均由板条状贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成,其中回火态试样中针状铁素体组织较多.热轧态钢中存在较大尺寸M/A岛且呈方向性分布,大角度晶界比例占17.33%,有效晶粒尺寸为3.57μm;而回火态钢中M/A岛的尺寸较小,大角度晶界比例增加3.43%,有效晶粒尺寸减小0.56μm.热轧态钢中析出相主要是( Nb,Ti) C,尺寸在50~150 nm之间,回火态试样中析出较多细小的球状( Nb,Ti) C析出相,尺寸在10 nm左右.     

亚快速凝固下磷对铁素体体积分数与形态的影响

通过金相组织观察,分析了不同磷含量双辊连铸薄带中的铁素体.实验结果表明,与同样磷含量的铸锭相比,铸带中的铁素体体积分数明显增大;对于同一个铸带,表层内铁素体体积分数小于中心区域,且磷含量越低表层内铁素体体积分数越小;随着磷含量的升高,铸带中的铁素体形态逐渐由针状向表面圆滑的块状转变.通过理论分析得出,快速冷却有利于钢中铁素体的稳定;表面圆滑的块状铁素体是由钢液中直接析出的,而针状铁素体是由固态奥氏体中析出的.     

SPHC钢应变诱导相变细化铁素体晶粒

以SPHC钢为对象,在Gleeble-1500型热模拟机上进行单道次热压缩试验,通过分析变形后的应力与应变曲线及变形过程中的金相组织变化,研究应变诱导相变的基本规律及铁素体晶粒细化效果.结果表明:在750~830℃的变形中存在应变诱导铁素体相变,并获得超细晶铁素体晶粒尺寸为1.6~4.6μm;降低变形温度将增加相变所需化学驱动力,促进应变诱导铁素体相变的发生,从而细化铁素体晶粒;在一定的应变条件下,应变诱导相变获得的铁素体晶粒尺寸和体积分数均随应变速率的增加而减少.     

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603MPa,724MPa,11.1%和214J,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.