Ti微合金化450～550 MPa级耐候钢组织性能研究

设计了屈服强度达450～550 MPa级高强耐候钢化学成分,在实验室进行冶炼和热轧试验,测试和观察了试验钢的力学性能和显微组织,分析了 Ti含量对Ti微合金化耐候钢性能的影响.结果表明,试验钢的金相组织主要为在多边形铁素体基体上分布少量的珠光体;Ti微合金化耐候钢具有足够的强度和塑性,随着w(Ti)从0.025%增加到0.07%,试验钢的屈服强度从360 MPa增加到550 MPa;采用传统控轧控冷工艺可生产出屈服强度达450～550 MPa级高强耐候钢.     

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.     

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.     

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...     

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.     

不同强度级别帘线钢中Ti(C_xN_(1-x))夹杂分析

在真空感应炉中熔炼出3种Ti、N含量相近但强度级别不同的帘线钢钢锭,研究钢液凝固过程中析出碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂的尺寸分布特点及其连续固溶体中TiC所占比例与钢中碳含量之间的关系。结果表明,帘线钢在凝固过程中的固液两相区温度随钢液碳含量的升高而降低,可使Ti(CxN1-x)夹杂析出的过饱和度增大,有利于其在钢液凝固过程中析出与长大。随着帘线钢强度级别的提高,钢样中尺寸大于4μm的钛夹杂的比例增加,其平均尺寸也相应增大;72A亚共析帘线钢中未检测到5μm以上的钛夹杂,而82A、92A过共析帘线钢中尺寸大于5μm的钛夹杂析出比例分别达到4.92%和9.52%;钢液凝固过程中析出的Ti(CxN1-x)夹杂中TiC所占比例也随帘线钢强度级别提高而增大。     

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.     

基于纳米铁碳析出物的钢综合强化机理

简要叙述了关于钢强化机理的研究现状,用化学相分析+X射线小角散射、RTO方法及高分辨透射电镜对薄板坯连铸连轧钛微合金化高强耐候钢中纳米粒子的属性进行了综合分析。发现钛微合金化高强耐候钢中尺寸<36 nm的粒子,除纳米TiC以外,还存在大量的纳米Fe3C,其体积分数为同尺寸TiC体积分数的4.4倍,析出强化作用比纳米TiC粒子大,不可忽略;提出了钢的综合强化机理,指出对不同种类、不同尺寸的纳米析出粒子,应分别根据位错切割和位错绕过机理计算出析出强化贡献,然后与固溶强化和细晶强化贡献加和,求得钢的屈服强度;讨     

Mo、B对低合金高强钢组织和性能的影响

对两种不同成分的C-Mn-Mo系低合金高强钢(HSLA)进行拉伸和冲击试验,采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察试验钢种的微观组织,分析Mo和B对HSLA钢组织和性能的影响.结果表明,通过控制钢种的成分和工艺,可得到具有高强度、高韧性匹配的C-Mn-Mo系HSLA钢,钢种具有贝氏体组织;在C-Mn-Mo系HSLA钢中,适当增加Mo和B的含量,可以明显提高钢种的强度,且不损害其塑韧性.     

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.     

18CrMnVB钢淬透性的研究

本文研究了硼含量、钛含量等对18CrMnVB钢淬透性的影响。实验结果表明,在硼含量达到0.002％,钛含量为0.025～0.075％范围时,18CrMnVB钢的淬透性及硼因子均高而稳定。     

冷却工艺对低碳Ti微合金化热轧超高强钢组织性能的影响

对实验钢采用低碳高Ti微合金化的成分设计,进行了控轧控冷实验,通过控制不同的冷速和卷取温度,研究了过冷度和原子扩散速率对钢组织演变及(Ti,Mo)C粒子的析出行为的影响.研究结果表明,冷速为30℃/s,卷取温度为420℃时,实验钢屈服强度大于690MPa,抗拉强度为820MPa,断后伸长率达18%,并具有良好的低温冲击韧性.显微组织性能研究表明,多边形铁素体、针状铁素体、细小M/A岛及弥散的(Ti,Mo)C析出粒子的混合组织可实现强度和韧性的良好匹配.     

第一性原理研究Mg(16-x)Tix(x=1-16)合金的晶体结构和力学性质

设计力学性能良好的新型镁钛合金对于促进汽车工业、固态储氢材料以及生物复合材料具有重要的意义. 本文基于第一性原理计算, 以能量为判据, 筛选出了Mg(16-x)Tix(x=1~16)每个组分下最稳定的晶体结构, 同时通过形成能、声子谱以及弹性常数对相对稳定的Mg15Ti1, Mg2Ti2, Mg1Ti15晶体结构进行了详细的研究. 研究结果表明镁钛合金是不相溶的, 形成的结构均为亚稳态结构且是热力学稳定的, 此外钛含量的增加有利于增加镁钛合金的硬度以及延展性, 这与实验结果一致, 但是会降低共价键的强度.     

Ti微合金化汽车大梁钢510L的组织性能

通过层流冷却及卷取过程模拟实验和实验室热轧实验研究了冷却工艺参数对Ti微合金化汽车大梁钢510L组织性能的影响规律,并在生产现场进行了工业试制.结果表明,大冷速有利于弥散细小的TiC粒子析出,冷速和终冷温度对实验钢强度的影响是细晶强化、析出强化和相变强化共同作用的结果,N含量显著影响Ti的析出强化效果,在冶炼时应严格控制钢中的N含量,否则将对钢板的性能产生较大的影响.实现了低成本Ti微合金化汽车大梁钢510L的批量稳定生产.     

过共析帘线钢中碳氮化钛夹杂的析出与固溶

应用热力学方法研究了帘线钢凝固析出碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂的性质,以及钢坯加热过程碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂分解固溶的热力学条件,并通过实验研究了试样高温加热过程中碳氮化钛夹杂的固溶现象。研究表明:1)帘线钢C含量越高,凝固析出的碳氮化钛夹杂中的x值越高;2)帘线钢C含量越高,凝固过程碳氮化钛夹杂析出就越早,析出碳氮化钛夹杂时的凝固前沿温度越低;3)82A铸坯加热到1 087℃以上时,碳氮化钛夹杂具备分解和固溶的热力学条件;4)实验验证将钢样在1 150℃和1 250℃高温加热后,5μm以上的碳氮化钛夹杂分别下降了55%和70.3%,而试样在1 250℃高温加热后缓冷到1 000℃时发现2μm以下的小夹杂继续在分解,而5μm以上的大夹杂在增加。     

Mo含量对Ti–Mo系铁素体钢热稳定性影响

The effects of tempering holding time at 700°C on the morphology, mechanical properties, and behavior of nanoparticles in Ti–Mo ferritic steel with different Mo contents were analyzed using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The equilibrium solid solution amounts of Mo, Ti, and C in ferritic steel at various temperatures were calculated, and changes in the sizes of nanoparticles over time at different Mo contents were analyzed. The experimental results and theoretical calculations were in good agreement with each other and showed that the size of nanoparticles in middle Mo content nano-ferrite (MNF) steel changed the least during aging. High Mo contents inhibited the maturation and growth of nanoparticles, but no obvious inhibitory effect was observed when the Mo content exceeded 0.37wt%. The tensile strength and yield strength continuously decreased with the tempering time. Analysis of the strengthening and toughening mechanisms showed that the different mechanical properties among the three different Mo content experiment steels were mainly determined by grain refinement strengthening (the difference range was 30–40 MPa) and precipitation strengthening (the difference range was 78–127 MPa). MNF steel displayed an ideal chemical ratio and the highest thermodynamic stability, whereas low Mo content nano-ferrite (LNF) steel and high Mo content nano-ferrite (HNF) steel displayed relatively similar thermodynamic stabilities.     

轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

研究了轴承钢中TiN夹杂物的形成热力学,以及钢中Ti和N的控制理论,并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产实验.结果表明,在凝固过程中钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出温度就越高,析出物的尺寸就越大;使用低Ti合金原料能够有效降低钢中的Ti含量;采用低Ti铁水,初炼渣中的TiO2降到1.0%以下,能有效控制钢水中的Ti含量;采用低钛合成渣过程回钛量显著减少,钢中Ti含量由原来的37×10-6下降至30×10-6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降低钢中N含量为33×10-6;降低凝固偏析,能降低TiN夹杂析出.     

X80管线钢的组织与性能研究

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究.实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16 mm厚的X80管线钢的屈服强度达到670 MPa以上时,其屈强比低于0.85,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配.细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性.X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb,Ti(CN)为主,尺寸较大(50~200 nm);另一种以NbC为主,尺寸细小(小于30 nm).这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用.     

等温淬火工艺对超高强贝氏体钢组织性能影响

针对低碳超高强贝氏体钢在不同等温淬火工艺下的组织和力学性能演变规律进行研究.结果表明:与一阶段等温淬火工艺相比,两阶段工艺下组织中贝氏体量增加,马氏体量相对减少,致使实验钢的屈服强度高达1178MPa,提高58%,延伸率从7.7%升高到14.4%,单位冲击韧性达到66J/cm²,提升16%.对比研究不同等温淬火工艺下实验钢的强塑性匹配发现,两阶段工艺A₃(240℃等温2h后再270℃等温1h)条件下实验钢的强塑积可达21888MPa·%.通过两阶段工艺,可消除实验钢中由于Mn元素偏析造成的马氏体带,获得相对均匀的贝氏体组织,从而使得实验钢的强度和韧性同时提高.