X80管线钢中氮化物和碳化物析出热力学分析

基于规则熔体理论和平衡反应基础,对连铸工序X80管线钢中碳化物、氮化物析出进行热力学分析,研究Ti、Nb及Al的碳化物、氮化物析出规律。结果表明,固液两相区,TiC0.005N0.995和TiN分别在1785K和1784K时开始析出;奥氏体相区,碳化物、氮化物析出先后顺序为NbC0.64N0.36、NbC、NbN、AlN、TiC,相应析出温度为1457、1404、1354、1267、1226K;γ→α相变过程中,TiC发生相间析出,Nb主要以NbC形式析出,AlN析出量较少。     

控轧控冷工艺对X120管线钢碳氮化物析出的影响

采用不同的控轧控冷工艺研究了未再结晶区变形量、冷却速度和终冷温度等轧制工艺参数对X120管线钢碳氮化物析出的影响,并根据Orowan机制对析出相强度贡献量进行了理论估算.结果表明:轧制工艺的变化对析出相的类型与相结构没有影响;提高未再结晶区变形量主要可促进铌的析出,并有利于提高X120管线钢的屈服强度;冷却速度和终冷温度对X120管线钢碳氮化物析出的影响较小.     

普适的碳氮化物析出热力学模型的建立

基于规则溶体模型、双亚点阵模型及第二相固溶析出理论,建立了普适的碳氮化物析出热力学模型.采用该模型,计算了不同温度下0.17C-0.023Nb-0.012Ti-0.004N钢中理想配比型及缺位型析出相与基体间的热力学平衡信息,包括基体成分、析出相成分及其体积分数.结果表明:在相同温度下,相比于理想型第二相,缺位型第二相的溶解度较大,析出体积分数较小;随着析出温度的降低,析出相逐渐由氮化钛演变为富含铌和碳的复合相,且不同类型第二相的体积分数差异逐渐缩小.     

X70管线钢中含Nb相的析出行为

以首钢生产的某X70管线钢成分为基础,利用Thermo--Calc软件计算了不同温度下钢中析出相的组成、相的析出温度及Nb元素的析出规律,研究了钢中Nb和C含量对Nb析出规律的影响,利用热模拟和扫描电镜等手段分析了钢中Nb合金相的析出温度.结果表明,平衡态下该X70管线钢中的析出相主要为Ti、Nb的碳氮化物、合金渗碳体、Ti4C2S2、MnS、AlN、M7C3和Mo碳化物.Nb析出相主要以Nb和C元素为主,其中固溶Ti和N元素.随Nb和C含量的增加,Nb合金相的析出温度升高,在同一温度下Nb的析出量增加.     

冷变形后微合金钢碳氮化物的析出与组织

通过固溶时效处理，研究冷变形、时效温度等因素对微合金元素V，Ti，Nb的碳氮化物沉淀析出行为和组织演变过程的影响。结果表明：预变形试验钢的时效动力学曲线和未变形试验钢的时效动力学曲线具有相似的形状，预变形后达到的硬度峰值高，所需的时效时间缩短。预变形对含钒钢和含钛钢的碳氮化物析出动力学的影响很小，组织发生了再结晶并生成铁素体组织。预变形促进了含铌钢的碳氮化物较快析出，阻止再结晶，保持粒状贝氏体组织。     

铌对高钢级管线钢中第二相析出与奥氏体晶粒长大行为的影响

基于双亚点阵模型,计算了两种不同铌含量的高钢级管线钢在不同温度下Nb、Ti和Al的析出量,测定了不同加热温度和保温时间下奥氏体晶粒尺寸,建立两种钢奥氏体晶粒长大模型.发现Nb含量增加提高了其全固溶温度,并且温降过程中Nb析出量显著增多,在晶界两边析出的细小碳氮化物对奥氏体晶粒长大有显著的阴碍作用.高铌钢加热温度为1250℃时奥氏体晶粒显著粗化,预测模型也不同于1050～1200℃的模型,但相同保温温度下晶粒尺寸明显小于低铌实验钢.通过数据拟合计算出高铌钢的长大激活能远远高于低铌钢,再次证明高Nb的管线钢在1200℃以下能够有效地细化奥氏体晶粒,预测模型与实验值吻合较好.     

薄板坯连铸连轧流程试制含钒钛取向硅钢中氮化物析出相

通过热力学计算与模拟试验研究了含钒钛取向硅钢中氮化物析出相的析出规律与析出行为,并探讨了含钒钛元素的氮化物析出相作为薄板坯连铸连轧流程制备取向硅钢中辅助抑制剂的可行性.研究表明,在所冶炼的含钒钛取向硅钢的成分范围内,Ti N在钢液凝固末期便具备析出的热力学条件,而Al N与VN只可能在凝固后的α+γ或α+Fe3C两相区内析出.含钒钛取向硅钢中氮化物析出相以成分复杂的复合析出相为主,且随着钒钛加入量的增加,钢中抑制剂析出相总的分布密度由于含钒钛元素的氮化物析出相的增加而明显提高,使抑制剂抑制初次再结晶晶粒正常长大的能力得以加强,最终成品的磁感应强度值B8由1.857 T提升至1.898 T.同时,加入不高于0.007%的Ti与不高于0.005%的V不会影响中间脱碳退火工序的脱碳效果以及高温退火净化阶段硫、氮的脱除效果,其形成的含钒钛元素的纳米级氮化物析出相适合作为薄板坯连铸连轧流程制备取向硅钢的辅助抑制剂.     

含Nb钢应变诱导析出过程的动力学模拟

以热力学和动力学为基础,对Fe Nb C N系统在奥氏体中的析出行为进行模拟,预测了奥氏体在等温和冷却过程中的析出动力学,分析了变形工艺和冷却制度对碳氮化物析出体积分数、析出开始和结束时间等动力学参数的影响·结果表明,在900℃左右的鼻子区,析出动力学过程明显加速;变形大大促进了碳氮化物的析出,缩短了析出的开始时间;随着冷却速率的增大,连续冷却析出的开始温度和结束温度均有所降低,并且析出变得越来越不充分·用该方法进行的计算机模拟结果和实验结果吻合良好·     

X70针状铁素体管线钢析出相

用透射电镜研究了X70针状铁素体管线钢中的析出相.一种是以TiN为主、尺寸较大(50nm～1μm)、外形规则、几乎呈立方体的Ti(Nb)NC复合析出相,其中Ti/Nb比值处于5～12之间.另一种是以NbC为主、尺寸十分细小(小于20nm)、形态为圆形或椭圆形的Nb(Ti)C复合析出相,Nb/Ti比值处于1～6.37之间,衍射分析结果表明其为多晶粒构成.分析表明,尺寸较大的方形析出相在1150℃的温度时已经存在,并且在热模拟过程中变化不大.细小圆形析出相绝大部分是在1100～900℃之间析出,而且与基体保持共格或半共格的关系.V的析出不明显,其作用相对较弱.高温热塑性曲线的测量结果显示,在没有变形情况下,1050℃时析出相开始析出,900～850℃之间析出量达到最大.     

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.     

低碳钢碳氮析出物的热力学计算

钢中的碳氮析出物通过细晶强化和析出强化方式对钢的力学性能有非常重要的作用. 基于规则溶液的双亚点阵模型(其中一个为金属亚点阵,另一个为间隙原子亚点阵)建立了碳氮化钛、氮化铝以及硫化锰的热力学计算模型用以研究析出物的析出开始温度、给定温度的奥氏体成分,并将这一结果应用于CSP过程. 经计算得Ti(CxN1-x),MnS和 AlN的析出温度分别是1 200 ℃,1 440 ℃和1 010 ℃,最大的体积分数分别为2.315×10-5,4.18×10-4和3.1×10-4. 对比发现热力学的计算结果与Thermo-Calc的计算结果和有关文献的实验数据有较好的一致性.     

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。     

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。     

高级别X80/X100管线钢的包辛格效应

利用单轴压缩-拉伸试验研究了炉卷轧机生产X80/X100管线钢不同变形情况下的包辛格效应.结果表明:随着预压缩变形量的增大,包辛格效应绝对值增大,X100管线钢的包辛格效应在1.5%的预压缩变形量下达到饱和;包辛格效应绝对值随着板卷强度的提高而上升;在试验范围内,X80、X100管线钢分别表现出了瞬时软化和永久软化.分析X80/X100管线钢的化学成分与显微组织特点,认为管线钢组织中的软、硬相(如M/A岛)的强度差、硬相的体积分数以及初始组织中的位错密度是不同包辛格现象的关键因素.     

炉卷轧机生产X100管线钢的组织特征与强韧性

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对炉卷轧机生产X100管线钢的显微组织特点进行了观察与分析,通过背散射电子衍射技术(EBSD)探讨了X100管线钢的有效晶粒尺寸与低温韧性的关系,并利用物理化学相分析的方法对X100管线钢的析出粒子尺寸分布和强化作用进行了定量分析. 结果表明:X100管线钢的显微组织以粒状贝氏体为主,晶粒内部和晶界上弥散分布着大量细小的马氏体/奥氏体(M/A)岛;X100管线钢的有效晶粒尺寸较小,仅为2μm左右,细化有效晶粒尺寸和降低组织方向性有利于提高管线钢的低温韧性;X100管线钢中的析出粒子尺寸较小,平均尺寸为45.4nm,但由于其总体质量分数只有0.062%,经计算,其析出强化作用约为52MPa,析出强化对屈服强度贡献较小.     

X100管线钢的高温变形力学行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对X100管线钢进行单道次压缩试验,研究其变形抗力与应变量、应变速率和变形温度的关系,利用回归分析确立合适的变形抗力数学模型,并将模型预测值与试验值进行比较。结果表明,变形温度对X100管线钢变形抗力影响显著;高温低应变速率更有利于X100管线钢回复和再结晶的发生;应变速率过高会引起非稳态变形,不利于X100管线钢轧制过程的控制;利用回归分析确定的变形抗力模型能够准确预测X100管线钢的变形抗力,相关系数为0.986。     

微观组织对 X70管线钢浆料磨损特性的影响

利用湿砂橡胶轮磨损试验机对同成分不同组织的三种管线钢进行了浆料磨损实验,随后对磨损后的试样表面进行扫描电镜观察和三维白光干涉分析,研究组织类型影响耐磨性的原因及磨损的微观机理。结果表明：当磨损机理以微观犁沟和微观疲劳为主时,复相组织中共存的两相硬度差别越大,磨痕的微观变形越不易协调,磨损质量损失越明显;当整体力学性能接近时,粒状贝氏体+针状铁素体的复相组织最为耐磨,粒状贝氏体+多边形铁素体复相组织次之,板条贝氏体+多边形铁素体复相组织耐磨性最差。     

取向电工钢加工过程中第二相粒子的析出行为

利用场发射扫描电镜观察了以MnS为主要抑制剂的普通取向电工钢加工过程中第二相粒子的分布状态,统计了粒子面密度、平均尺寸以及相应的尺寸分布.结果显示,热轧加工造成了大量第二相粒子弥散、细小地析出,同时基体仍保持过饱和状态.冷轧变形会造成第二相粒子的回溶行为,而基体的过饱和状态会减弱回溶现象.中间退火与脱碳退火过程中会同时存在新粒子的形核及已析出粒子的粗化两个过程,而在最终二次再结晶升温阶段则以第二相粒子明显粗化为主.