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低碳Ti/Mo钢应变诱导析出与再结晶和相变的关系研究

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低碳Ti/Mo钢应变诱导析出与再结晶和相变的关系研究

作者：张启凡江苏大学

学位级别：硕士

在低碳发展的时代背景下,能源、建筑、运输等工业领域的技术进步对低成本、轻量化结构钢的需求越来越高。通过控轧控冷技术生产的低碳Ti微合金钢不依赖大量且昂贵的合金元素,而是通过钛微合金化技术的细晶强化与沉淀强化效果提高钢材的... 详细信息

在低碳发展的时代背景下,能源、建筑、运输等工业领域的技术进步对低成本、轻量化结构钢的需求越来越高。通过控轧控冷技术生产的低碳Ti微合金钢不依赖大量且昂贵的合金元素,而是通过钛微合金化技术的细晶强化与沉淀强化效果提高钢材的强韧性,具有战略性的发展价值。目前,Ti微合金钢发展的主要方向是纳米级Ti C的析出过程控制。常规控轧控冷流程下,轧后变形奥氏体中析出的Ti C粒子能够有效地抑制奥氏体再结晶并促进铁素体晶粒细化,连续冷却与卷取过程中铁素体相间析出和过饱和析出的Ti C粒子则是沉淀强化增量的主要来源。相较单一Ti微合金化,Ti-Mo复合微合金化钢中析出的纳米级(Ti,Mo)C具有更强的热稳定性与更弥散的分布状态,有助于进一步控制粒子的析出过程。但对于低碳Ti/Mo钢,过往相关工作大多致力于最大化纳米级碳化物的沉淀强化效果,缺乏对应变诱导析出的深入研究,应变诱导析出与再结晶、相变关系的系统讨论未见报道。因此,本文对比研究了相同基础成分的低碳Ti钢与Ti-Mo钢的应变诱导析出规律,并深入探究了应变诱导析出与奥氏体再结晶的相互作用关系,以及应变诱导析出对过冷奥氏体连续冷却相变的影响作用,所得结论如下:(1)低碳Ti/Mo钢在860-960℃变形后,奥氏体应力松弛过程中纳米碳化物的应变诱导析出规律研究表明:变形奥氏体的应力松弛过程中会发生纳米碳化物的应变诱导析出,导致松弛曲线中平台期的出现。根据平台期起始时间随应力松弛温度的变化,绘制出两种实验钢的PTT曲线,其均呈现出倒“S”形。不同于微合金钢常见的“C”形PTT曲线,940℃以上再结晶的优先发生推迟了后续的应变诱导析出。940℃以下,两条PTT曲线都回到了典型的“C”形,析出最快的鼻尖温度位于900℃。对比两种实验钢的PTT曲线,Mo的加入整体延长了Ti钢的应变诱导析出平台期(150s→500s)。HRTEM结合EDS表征分析表明,两种实验钢中应变诱导析出粒子均为Na Cl型的面心立方结构,Mo以置换固溶的形式取代部分Ti存在于(Ti,Mo)C粒子中。在900℃,应力松弛150s时两种实验钢析出粒子尺寸差异不大,而在500s时(Ti,Mo)C的平均粒子尺寸较Ti C显著细化(21.4±5.7nm→17.0±5.5nm),证明(Ti,Mo)C具有更强的热稳定性,抑制了该阶段析出粒子的Ostwald熟化。(2)低碳Ti/Mo钢应力松弛过程中,应变诱导析出与奥氏体再结晶的相互作用关系研究表明:根据应力松弛实验与原奥氏体金相数据,结合再结晶动力学模型与再结晶驱动力和析出粒子钉扎力对比模型,应力松弛过程中应变诱导析出与再结晶的相互作用关系被概括为一个析出与再结晶竞争主导性并相互抑制的过程,其中应变温度和等温应力松弛时间是最主要的影响因素。就应变温度而言,应变诱导析出发生最快的鼻尖温度是900℃,而再结晶则随着等温温度的增加而更快地发生。就等温应力松弛时间而言,再结晶或应变诱导析出的优先发生明显抑制了对方的进行,而且这种抑制作用随着等温时间的增加而逐渐减弱,直到其影响可以忽略不计。(3)低碳Ti/Mo钢的应变诱导析出行为对过冷奥氏体连续冷却相变的影响作用研究表明:连续冷却过程中,随着冷却速率的提高,实验钢的相变温度呈现单一下降趋势,伴随着铁素体平均晶粒尺寸的细化与显微硬度的升高。相变温度的降低意味着奥氏体过冷度的增大,从而促进铁素体相变的形核与晶粒细化,起到细晶强化的作用。随着过冷度的逐渐增大,奥氏体中的置换固溶元素Ti、Mo与间隙固溶元素C的扩散能力不断降低,从而使相变组织逐渐由均匀扩散的多边形铁素体变为局部扩散的准多边形铁素体与不完全扩散的贝氏体铁素体。固溶在基体中的微合金元素Mo,整体降低了Ti钢的连续冷却相变温度,并使相变后的铁素体晶粒得到细化,显微硬度得到提升。在此基础上,应变诱导析出对连续冷却相变温度的影响作用同时受到冷却速率的控制。在0.1°C/s的冷却速率下,应力松弛过程中应变诱导析出的发生会降低相变温度。这是因为低冷速下相变前的连续冷却过程同样有应变诱导析出的发生,过量的应变诱导析出会大幅度消耗形变储能,从而降低铁素体相变驱动力。随着连续冷却速率逐步增大到5°C/s,应变诱导析出发生后的相变温度逐渐升高,该现象可以归因于应变诱导析出消耗了固溶在基体中的微合金元素,使固溶元素推迟相变的作用减弱;同时析出粒子可以作为铁素体相变的形核位点,从而增大相变形核率。兼之全部冷却速率下应变诱导析出后铁素体晶粒均有所细化,证实应变诱导析出对铁素体相变整体具有促进作用。

关键词：钛微合金化高强钢应力松弛曲线应变诱导析出奥氏体再结晶过冷奥氏体连续冷却相变

奥氏体耐热钢应变诱导析出分布模型的研究与应用

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奥氏体耐热钢应变诱导析出分布模型的研究与应用

作者：姜丙亚大连理工大学

学位级别：硕士

耐热钢作为火电、核电、化工等领域服役于高温条件下的关键材料,其服役性能备受人们关注,耐热钢中存在大量的合金元素,在其服役过程中往往伴随着较多种类与数量的第二相颗粒析出,而这些析出相对耐热钢热强性、韧性、组织稳定性及抗高温... 详细信息

耐热钢作为火电、核电、化工等领域服役于高温条件下的关键材料,其服役性能备受人们关注,耐热钢中存在大量的合金元素,在其服役过程中往往伴随着较多种类与数量的第二相颗粒析出,而这些析出相对耐热钢热强性、韧性、组织稳定性及抗高温氧化腐蚀等性能具有重要影响。比如:应变使基体产生大量位错,对于第二相颗粒析出有促进作用,有益于提升耐热钢构件高温强度。人们往往通过时效、蠕变等实验方法尽可能贴近服役情况探究耐热钢的析出行为以及力学性能,而高温构件的服役时间较长,这种方式对于研究应变对耐热钢析出行为影响以及新钢种的开发造成较大的困难。随着近些年计算机模拟计算在材料研究方面不断的进步,其简便高效的优势对于耐热钢中析出相种类较多以及析出规律特征较为复杂的情况提供一种可行的方式,利用耐热钢服役过程析出模拟问题的特殊性,针对贴近实际析出过程中溶质元素分布不均匀的情况下析出行为,选用较为灵活蒙特卡洛法进行模拟。因此,本文通过析出相热力学与动力学建立耐热钢应变诱导析出分布模型,以解决耐热钢应变对析出影响研究。本文基于奥氏体耐热钢中三种常见的析出相(MX相、MC相、σ相)作为研究对象,通过Johnson-Mehl-Avrami方程、LSW理论以及D-S应变诱导平均尺寸模型基础上结合蒙特卡洛法(Monte Carlo)建立耐热钢应变诱导析出颗粒尺寸分布模型,并通过固溶态Sanicro25钢为例探究三种析出相尺寸、数量、体积分数和尺寸分布随时效时间变化规律,并且研究应变、温度和临界晶胚形状等参数对其析出相析出特征的影响。对固溶态Sanicro25耐热钢未变形与45%冷变形后样品进行700℃时效不同时间热处理,并对其进行电化学萃取,将萃取溶液和粉末分别进行纳米粒度测试与XRD测试,对模型结果进行验证。研究结果表明,提升时效温度通过影响溶质元素扩散速率,导致析出相形核率和生长率较高,因此相比时效温度低的条件下在相同时效时间下析出进程加快,析出体积分数、析出相尺寸分布范围和颗粒平均尺寸的值均较大,析出相颗粒数量较小。通过应变增加组织中的位错密度,使得析出相整体尺寸较小,尺寸范围更窄,析出颗粒数量有较大的提升,在相同时效时间下析出体积分数更大,应变对MX相的尺寸影响较小,尺寸稳定在较小的范围,但对MC相和σ相的尺寸影响较大,并且通过变形与未变形的Sanicro25钢析出相萃取实验发现应变对σ相析出存在促进作用,也证实了应变诱导析出使得第二相颗粒尺寸较小的行为,验证模型结果与实验结果较为一致。萃取颗粒粒度分析实验结果与模拟曲线有良好的一致性。本文的研究对深入了解耐热钢时效过程第二相析出长大规律和机理提供模型模拟技术。

关键词：蒙特卡洛法应变诱导析出颗粒尺寸分布析出行为 Sanicro25钢

高Ti钢中Ti(N,C)的应变诱导析出行为

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材料研究学报 2013年第6期27卷 659-664页

作者：蔡宁鞠新华孟振生贾惠平郝京丽首钢技术研究院北京100043

采用应力松弛法研究了600-1100℃温度、30%-50%变形量条件下,Ti添加量为0.15%的高Ti钢中Ti的应变诱导析出规律。结果表明,Ti在600-1100℃温度范围内有明显的应变诱导析出过程。这种过程不只存在于单相奥氏体区,也存在于铁素体、奥氏体... 详细信息

采用应力松弛法研究了600-1100℃温度、30%-50%变形量条件下,Ti添加量为0.15%的高Ti钢中Ti的应变诱导析出规律。结果表明,Ti在600-1100℃温度范围内有明显的应变诱导析出过程。这种过程不只存在于单相奥氏体区,也存在于铁素体、奥氏体两相区以及单相铁素体区。温度越低,析出相的尺寸越小。在1000℃以上析出相的尺寸较大,而在900℃以下析出相的尺寸在几纳米至几十纳米。当温度降低到700℃以下时,析出相的尺寸约为3 nm。在800-1100℃温度范围内析出的开始时间约为2 s,但开始只是少数部位的少量析出。析出是一个持续的过程,样品不同部位的析出开始时间略有不同,10 s以后TiC大量均匀析出。析出结束的时间在300-700 s范围内。析出时间与温度(PTT)曲线不符合"C"型特征。在30%、40%、50%三种变形量情况下,40%变形量的变形抗力与30%的相当,回复速度相当,析出开始时间相同,但是TiC的析出速度比30%时快,弛豫后残余应力最大,析出强化效果最明显。继续增加变形量到50%时变形抗力明显增大,回复速度也随之增大,但是析出开始时间由2 s推迟到2.7 s。弛豫后残余应力反而降低。

关键词：司金属材料应变诱导析出应力松弛高Ti钢

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含Nb钢应变诱导析出过程的动力学模拟

东北大学学报（自然科学版） 2005年第4期26卷 351-354页

作者：许云波于永海刘相华王国栋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004

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... 详细信息

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·

关键词：含Nb钢析出动力学碳氮化物应变诱导析出

松弛法研究微合金钢碳氮化物的应变诱导析出行为

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金属学报 2000年第6期36卷 618-621页

作者：王昭东曲锦波刘相华王国栋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110006 中国科学院金属研究所沈阳110015

在Gleeble热模拟机上采用应力松弛方法，研究了一种NbTiV微合金化钢奥氏体应变诱导析出行为，结果表明：实验钢的沉淀析出PTT曲线是典型的“C”曲线形状，沉淀发生具有一个最快析出温度，大致在900－920℃奥氏体预变形加速沉淀析出过程... 详细信息

在Gleeble热模拟机上采用应力松弛方法，研究了一种NbTiV微合金化钢奥氏体应变诱导析出行为，结果表明：实验钢的沉淀析出PTT曲线是典型的“C”曲线形状，沉淀发生具有一个最快析出温度，大致在900－920℃奥氏体预变形加速沉淀析出过程的进行，使PTT曲线向左上方偏移，奥氏体中的沉淀相形貌有球形和方形两种，其中方形沉淀相是均热过程中的未溶质点，以TiN为主，球形沉淀是应变诱导析出相。

关键词：微合金钢应力松弛应变诱导析出碳氮化物

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含Nb多元微合金钢的应变诱导析出行为

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2006年第4期25卷 592-594页

作者：苑少强张凤梅唐山学院科研处河北唐山063000

利用松弛法,在Gleeble-1500热模拟机上测定了多元微合金钢的应力弛豫曲线,并采用萃取复型技术跟踪了析出物的长大过程。实验结果表明:应力弛豫曲线分为三个阶段,分别对应析出的形核、长大和粗化;在850℃变形后等温弛豫60～200s时,应变... 详细信息

利用松弛法,在Gleeble-1500热模拟机上测定了多元微合金钢的应力弛豫曲线,并采用萃取复型技术跟踪了析出物的长大过程。实验结果表明:应力弛豫曲线分为三个阶段,分别对应析出的形核、长大和粗化;在850℃变形后等温弛豫60～200s时,应变诱导析出颗粒的尺寸仍然小于10nm,析出相为复杂的(Nb,Ti,Mo)(C,N)。

关键词：多元微合金钢应变诱导析出 (Nb,Ti,Mo)(C,N)

钛微合金化IF钢第二相粒子应变诱导析出行为

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钢铁 2016年第1期51卷 82-89页

作者：惠亚军于洋王林王畅陈斌陈瑾首钢技术研究院薄板研究所北京100043 首钢股份公司迁安钢铁公司河北迁安064404

在Gleeble-3500热模拟试验机上,利用应力松弛试验研究了钛微合金化IF钢奥氏体区第二相粒子析出行为。试验结果表明：因第二相粒子析出钉轧位错与晶界,应力松弛曲线呈现出3个阶段的特征。试验钢的析出-时间-温度曲线呈现出典型的＂C＂曲... 详细信息

在Gleeble-3500热模拟试验机上,利用应力松弛试验研究了钛微合金化IF钢奥氏体区第二相粒子析出行为。试验结果表明：因第二相粒子析出钉轧位错与晶界,应力松弛曲线呈现出3个阶段的特征。试验钢的析出-时间-温度曲线呈现出典型的＂C＂曲线形状,最快析出鼻子点温度约为900℃,在此温度下,第二相粒子析出开始时间与结束时间分别为10与160 s;随着等温弛豫时间的延长,第二相粒子析出数量逐渐增加,当弛豫时间超过析出结束时间后,析出物数量将不再增加而尺寸增加。试验用Ti-IF钢主要观察到Ti N、Ti4C2S2、Ti C 3种析出物,Ti4C2S2与Ti C沉淀物的形状和尺寸相差不多,无法从形状和大小上来区分,易于沿奥氏体晶界或亚晶界析出,奥氏体亚晶的尺寸大约分布在0.1~0.4μm。900℃应变诱导析出物数量较800℃多,该结果与试验钢PPT曲线析出鼻子点温度900℃是相符的。对于Ti-IF钢,其热轧工艺过程应有利于C,N化物的析出和聚集长大,最终形成粗大、稀疏的第二相粒子,因此宜采用＂三低一高＂快速大压下的热轧工艺制度,以提高Ti-IF钢的深冲性能。

关键词：钛微合金化 IF钢第二相应变诱导析出应力松弛

EH47钢连铸坯热芯大压下轧制应变诱导析出行为

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材料热处理学报 2019年第3期40卷 133-140页

作者：宫美娜李海军王斌王昭东东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

研究了EH47微合金钢连铸坯经传统轧制和热芯大压下轧制后室温下的组织和析出相形貌,并采用MMS-200热模拟双道次压缩实验研究了其经热芯大压下轧制后的第二相粒子应变诱导析出行为。结果表明:热芯大压下轧制后EH47微合金钢连铸坯的芯部... 详细信息

研究了EH47微合金钢连铸坯经传统轧制和热芯大压下轧制后室温下的组织和析出相形貌,并采用MMS-200热模拟双道次压缩实验研究了其经热芯大压下轧制后的第二相粒子应变诱导析出行为。结果表明:热芯大压下轧制后EH47微合金钢连铸坯的芯部铁素体尺寸较传统轧制的芯部铁素体尺寸明显减小;热模拟双道次压缩实验表明,热芯大压下轧制后,EH47微合金钢的应变诱导析出第二相粒子在位错、晶界、亚晶界上沉淀析出,在一定程度上起到钉扎晶界并阻碍再结晶晶粒长大的作用。

关键词：连铸坯热芯大压下轧制应变诱导析出芯部组织

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S460ML钢中铌和钛的应变诱导析出行为

钢铁 2018年第8期53卷 90-95,101页

作者：张玉成孟振生孟杨鞠新华姜中行首钢集团有限公司技术研究院

为了研究S460ML钢中铌、钛的应变诱导析出行为,在变形温度为900-1 000℃、应变速率为0.1-5.0 s（-1）、变形量为10%-50%和弛豫时间为0-15 min条件下利用热模拟试验机进行了应变诱导析出试验,通过物理化学相分析方法对不同试验条件下铌... 详细信息

为了研究S460ML钢中铌、钛的应变诱导析出行为,在变形温度为900-1 000℃、应变速率为0.1-5.0 s（-1）、变形量为10%-50%和弛豫时间为0-15 min条件下利用热模拟试验机进行了应变诱导析出试验,通过物理化学相分析方法对不同试验条件下铌、钛的析出量进行了分析,并通过透射电镜对铌、钛析出相的形态及尺寸进行了表征。结果表明,随着弛豫时间的增加和变形温度的降低,铌、钛应变诱导析出率增加;增大变形量不仅可以使应变诱导析出发生的时间提前,还可以提高铌、钛应变诱导析出的总量;降低应变速率也可以使应变诱导析出提前发生,但对铌、钛应变诱导析出的总量影响不大;随着变形量增加、弛豫时间延长、温度降低,析出相的平均尺寸减小。

关键词：热模拟应变诱导析出析出相弛豫时间