Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用

作     者：李明 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王青峰

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：20CrMo47NbV钢 马氏体微结构 Nb析出 晶粒细化 强度与韧性 

摘      要：本文围绕Nb在155～160ksi钢级射孔枪管中发挥的强化效果，开展了Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb钢调质热处理过程中的强韧化机理研究。通过与前期不含Nb的25CrMo48V钢的试验结果进行比较，研究了20CrMo47NbV试验钢淬火加热过程中，Nb的析出-溶解行为随淬火温度的变化规律，及其对奥氏体晶粒、马氏体微结构的细化作用，并对回火工艺过程中，热处理工艺参数对组织与力学性能的影响进行了分析。结果表明： 20CrMo47NbV轧态管中存在三种类型的析出相粒子：第一类是Ti含量较高的富Ti的(Ti, Nb, V)(C, N)复合粒子，第二类是Nb含量较高的富Nb的(Nb, Ti, V)(C, N)粒子，第三类是(Nb, V)C粒子。Nb的析出-溶解行为主要受加热温度的影响，温度超过Ac3时轧态管中的固溶Nb开始析出，随着淬火加热温度升高，含Nb复合相的数量逐渐减少。淬火加热温度为900～1000℃时，富Nb的(Nb, Ti, V)(C, N)和富Ti的(Ti, Nb, V)(C, N)复合粒子长大，细小的(Nb, V)C粒子析出量逐渐减少、溶解量逐渐增加;在1050～1100℃加热时，(Nb, V)C复合粒子的溶解速度加快，Nb的固溶量急剧增加;1150℃加热时，(Nb, V)C粒子几乎全部溶解，富Ti的(Ti, Nb, V)(C, N)粒子部分溶解，使Nb的固溶量大幅度提高;当加热温度升高到1200℃时，大多数富Ti的(Ti, Nb, V)(C, N)粒子溶解，粒子的数量、尺寸同时减少，使该钢中绝大部分的Nb发生了固溶。 20CrMo47NbV钢在900～1000℃淬火时析出细小的(Nb, V)C粒子，并与轧态管中尺寸小于80nm的含Nb复合粒子共同细化奥氏体晶粒，最终得到细化的马氏体Packet和Block结构。与不含Nb的25CrMo48V钢相比，由于Nb的细化作用，使20CrMo47NbV试验钢的原奥氏体晶粒、马氏体Packet和Block微结构尺寸更加细小。 20CrMo47NbV试验钢在550～700℃回火时，固溶Nb以NbC形式析出，同时合金碳化物以含Nb粒子为形核质点析出，析出更加细小弥散。由于Nb对淬火组织的细化作用和对回火组织的沉淀强化作用，20CrMo47NbV钢的强韧性显著优于25CrMo48V钢。