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稀土Ce对441铁素体不锈钢碳氮化物析出的影响与控制

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特殊钢 2024年

作者：谢康莫金强张威王丽君北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心宝武集团太原钢铁集团技术中心

通过高温热态模拟实验和热力学计算，考察了不同Ce含量微合金化对441铁素体不锈钢中碳氮化物特征的影响规律。结果表明，无Ce添加的441铁素体不锈钢中碳氮化物主要有两种类型：单独析出的碳氮化物和异质形核的复合碳氮化物。钢中加入稀... 详细信息

通过高温热态模拟实验和热力学计算，考察了不同Ce含量微合金化对441铁素体不锈钢中碳氮化物特征的影响规律。结果表明，无Ce添加的441铁素体不锈钢中碳氮化物主要有两种类型：单独析出的碳氮化物和异质形核的复合碳氮化物。钢中加入稀土后，碳氮化物形核氧化物中的Al逐渐被Ce取代，改性顺序为Al2O3·Ti2O3→AlCeO3·Ti2O3→Ce2O3·Ti2O3。改质形成的Ce2O3与碳氮化物的错配度较高，形核能力减弱，这既使形貌由全包裹向半包裹结构转变，又造成了单独析出碳氮化物析出加剧。高含量稀土添加后，CeN会逐渐出现，TiN的析出过程受到抑制，降低了碳氮化物的析出面积，碳氮化物逐渐转化为类球形形貌。通过对比不同Ce含量试样，当稀土添加量为0.007%，与原始铸态的碳氮化物相比，增加了异质形核的数量密度，碳氮化物的数量密度由66.7个/mm2上升到74.5个/mm2，平均尺寸集中在1～3μm，细化晶粒效果最好。

关键词： 441不锈钢凝固过程稀土含量碳氮化物稀土夹杂物

多组元无粘结相碳氮化物陶瓷组织和性能的研究

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多组元无粘结相碳氮化物陶瓷组织和性能的研究

作者：李傲奇湖南大学

学位级别：硕士

我国的“十四五”规划把高精密、高效加工作为机械工业补短板的重点方向,现有的工程材料逐渐难以适配于日益高要求的服役环境,切削刀具、滑动部件和器械密封件等需要进一步提高其耐磨损性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。本论文中,以在耐... 详细信息

我国的“十四五”规划把高精密、高效加工作为机械工业补短板的重点方向,现有的工程材料逐渐难以适配于日益高要求的服役环境,切削刀具、滑动部件和器械密封件等需要进一步提高其耐磨损性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。本论文中,以在耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等方面具有优异性能的过渡族金属添加物为研究对象,通过在无粘结相碳氮化物陶瓷中加入不同成分和含量的过渡族元素调控材料的显微组织结构,并探究多元素协同效应对材料各项性能的影响,以使其获得优异的综合性能。本文的研究内容对于新型工具材料的应用拓展以及响应“十四五”规划中机械工业补短板的方向规划有着重要的意义,主要研究内容及结果如下:（1）采用碳热还原氮化和放电等离子烧结的方法制备了不同Hf含量的二元无粘结相（Ti,Hf）(C,N)陶瓷。陶瓷材料的相对密度随着Hf含量的增加而提升,并伴随着一定的晶粒细化。基于细晶强化和固溶强化等机制,Hf的掺入可以提高无粘结相（Ti,Hf）(C,N)硬质陶瓷的强韧性,并增加材料的耐磨性能。在碱溶液中进行电化学腐蚀时,混入的Hf元素会优先生成氧化钝化膜,有效保护了未腐蚀组织,展现出更好的耐碱腐蚀性能。论文中(TiHf)（C,N）在（Ti,Hf）(C,N)陶瓷中具有最为优异的综合性能。（2）在综合性能最佳的(TiHf)（C,N）硬质陶瓷材料成分基础上,制备不同Ta添加量的三元无粘结相（Ti,Hf,Ta）(C,N)陶瓷。Ta含量的提升促进了陶瓷材料的致密化,并且进一步实现了陶瓷晶粒的细化。随着Ta含量的增加,无粘结相陶瓷的综合力学性能和耐磨性能也随之提升。在碱溶液中进行动电位极化扫描时,随着Ta元素的引入陶瓷材料的耐腐蚀性能不断提高。而在酸溶液中进行电化学腐蚀时,其耐腐蚀性能则随着Ta含量的增长呈现先优化后弱化的趋势。此外,Ta的加入还会改善陶瓷的高温抗氧化性能。在三元无粘结相（Ti,Hf,Ta）(C,N)陶瓷中((TiHf)Ta)（C,N）硬质陶瓷的综合性能最为出色。（3）在优选出的三元无粘结相（Ti,Hf,Ta）(C,N)陶瓷基础上,制备了不同Zr元素掺杂量的四元无粘结相（Ti,Hf,Ta,Zr）(C,N)陶瓷。Zr添加量的增多促进了陶瓷致密化和晶粒细化。此外,引入Zr也促成了碳氮化物陶瓷的高熵化,并使陶瓷的硬度、弹性模量和耐磨性能进一步得到优化。在酸和碱性溶液中,随着Zr添加比例的增多,碳氮化物陶瓷的耐腐蚀性能不断增强。此外,伴随着Zr添加量的上升,高熵化的无粘结相（Ti,Hf,Ta,Zr）(C,N)陶瓷获得了优异的高温抗氧化性能。

关键词：硬质陶瓷碳氮化物耐磨损性能耐腐蚀性能抗氧化性能

Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物析出的热力学分析与实验研究

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稀有金属与硬质合金 2022年第3期50卷 57-64,71页

作者：葛紫薇张婧辛文彬谷静远罗果萍内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010

为了更好地研究Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物(MX)的析出行为,通过Thermo-Calc热力学软件并辅以TCFE8数据库分析了钢中析出碳氮化物的种类、数量、温度及成分,并利用场发射扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了碳氮化物的形貌、成分... 详细信息

为了更好地研究Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物(MX)的析出行为,通过Thermo-Calc热力学软件并辅以TCFE8数据库分析了钢中析出碳氮化物的种类、数量、温度及成分,并利用场发射扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了碳氮化物的形貌、成分、尺寸及分布。结果表明,钢中MX析出相分别为面心立方结构的富Ti高温析出相、富Nb中温析出相和富V低温析出相;随Nb质量分数由0.050%增至0.100%,富Nb相析出温度由1210℃升高到1270℃,析出量由6.877×10^(-4)增加到1.265×10^(-3),而富Ti和富V相析出温度分别由1451℃和1080℃降低到1434℃和1020℃,析出量分别由3.663×10^(-4)和5.562×10^(-3)减少到2.331×10^(-4)和5.281×10^(-3)。实验研究得到的非平衡条件下MX析出特征与热力学计算结果基本一致:高温奥氏体区析出的亚微米颗粒能够钉扎晶界,诱导晶内铁素体形成,提高细晶强化效果;而中温两相区和低温铁素体区析出的纳米颗粒分布在基体、位错和晶界上,能有效阻碍位错运动,提高析出强化效果,二者共同作用改善了结构钢的强韧性。

关键词： Nb-V-Ti-N微合金体系结构钢析出相碳氮化物热力学计算

Nb-V-Ti和V-Ti微合金钢中碳氮化物的回溶行为

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金属学报 2007年第7期43卷 753-758页

作者：张鹏程武会宾唐荻黄国建王路兵北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 鞍钢集团技术中心鞍山114001

采用TEM和EDX技术,研究了低碳微合金钢中Nb,V,Ti的碳氮化物在不同温度保温后的回溶行为．结果表明,Nb-V-Ti微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,较大的析出颗粒平均尺寸在80nm以上,其心部为(Nb,V,Ti) (C,N),而边部为(Nb,Ti)(C,N),较... 详细信息

采用TEM和EDX技术,研究了低碳微合金钢中Nb,V,Ti的碳氮化物在不同温度保温后的回溶行为．结果表明,Nb-V-Ti微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出,较大的析出颗粒平均尺寸在80nm以上,其心部为(Nb,V,Ti) (C,N),而边部为(Nb,Ti)(C,N),较小的析出颗粒平均尺寸在20nm以下,其类型为(Nb,Ti)(C,N)．两类析出物中Nb/Ti原子比均随回溶温度的升高而减小．V-Ti微合金钢中,Ti的存在对V的回溶具有拖曳作用,提高了V的碳氮化物的热稳定性．Nb-V-Ti微合金钢中,由于Nb,V,Ti之间综合作用,使得析出相中V具有更高的热稳定性．

关键词：微合金钢碳氮化物回溶热稳定性

X100管线钢中Nb和Ti碳氮化物复合析出行为

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材料热处理学报 2014年第11期35卷 75-80页

作者：齐亮张迎晖汪志刚贺玲慧江西理工大学材料科学与工程学院江西赣州341000

通过观察萃取复型试样和薄膜试样,分析X100管线钢中析出相;结合析出相析出动力学模型,讨论在先析出TiN相界面形核和位错线形核动力学特征。结果表明:X100管线钢析出相多呈复合析出,先析出的TiN相周边附着许多富Nb的细小析出相,更加细小... 详细信息

通过观察萃取复型试样和薄膜试样,分析X100管线钢中析出相;结合析出相析出动力学模型,讨论在先析出TiN相界面形核和位错线形核动力学特征。结果表明:X100管线钢析出相多呈复合析出,先析出的TiN相周边附着许多富Nb的细小析出相,更加细小的椭圆形析出相富含Nb,方形析出相富含Ti。Nb(C,N)析出动力学计算结果表明:Nb(C,N)在TiN相界面形核较位错线形核具有较大的临界形核半径、更高的最大相对形核率温度和析出鼻点温度,形变储能对鼻点温度的影响近似线性关系。

关键词：管线钢碳氮化物析出鼻点温度动力学

Nb、Ti微合金钢中碳氮化物固溶与再析出的研究

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材料导报 2017年第2期31卷 105-111页

作者：李晓林肖宝亮崔阳李飞张大伟缪成亮张旭朱腾威首钢技术研究院北京100043

利用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)研究了再加热温度、奥氏体区变形温度和组织转变温度的变化对Nb、Ti微合金钢组织性能及其碳氮化物固溶与再析出行为的影响。结果表明:钢中加入铌,主要利用铌的碳氮化物在奥氏体形变过程中的再析... 详细信息

利用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)研究了再加热温度、奥氏体区变形温度和组织转变温度的变化对Nb、Ti微合金钢组织性能及其碳氮化物固溶与再析出行为的影响。结果表明:钢中加入铌,主要利用铌的碳氮化物在奥氏体形变过程中的再析出,抑制形变奥氏体的再结晶,在随后的组织演变过程中细化了组织;而钢中加入较高含量的钛,主要利用钛的碳化物在铁素体中的析出,产生明显的沉淀强化作用。这主要是铌、钛的碳氮化物固溶后,在奥氏体和铁素体中再析出的不同所造成的。钢中复合加入Nb-Ti后既起到细化晶粒的作用,又起到析出强化的作用。细晶强化既提高钢的强度又提高钢的韧性,但沉淀强化在大幅提高钢的强度的同时恶化了钢的韧性。

关键词：微合金钢碳氮化物细晶强化沉淀强化组织演变

含Mo低合金钢复合碳氮化物的析出热力学计算模型及分析

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材料热处理学报 2014年第6期35卷 207-212页

作者：陈泓业李胜利刘爽李激光刘正东雍岐龙唐广波辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114000 钢铁研究总院特殊钢研究所北京100081 钢铁研究总院工程用钢研究所北京100081

以规则溶液亚点阵模型为基础,针对Fe-Nb-V-Ti-Mo-C-N合金系,基于多元复合析出相的固溶析出理论建立了复合碳氮化物在含钼低合金钢奥氏体中的析出热力学计算模型。结果表明:在高温阶段的析出相主要是TiN,而在低温阶段,析出相以富V复合碳... 详细信息

以规则溶液亚点阵模型为基础,针对Fe-Nb-V-Ti-Mo-C-N合金系,基于多元复合析出相的固溶析出理论建立了复合碳氮化物在含钼低合金钢奥氏体中的析出热力学计算模型。结果表明:在高温阶段的析出相主要是TiN,而在低温阶段,析出相以富V复合碳化物为主;Mo元素几乎不从奥氏体中析出,Mo能够提高微合金元素(Nb、V、Ti)在奥氏体中的固溶度积,降低微合金元素和间隙元素的活度,大大延迟其析出过程。

关键词：钼低合金钢碳氮化物析出热力学

热连轧过程复合微合金碳氮化物析出的定量计算

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材料热处理学报 2011年第6期32卷 155-161页

作者：彭宁琦唐广波刘正东雍岐龙钢铁研究总院结构材料研究所北京100081

以微合金元素的析出热力学和析出动力学为基础,针对Fe-Nb-V-Ti-Al-C-N合金系,定量计算了热连轧过程中(Nb,V,Ti)(C,N)和AlN在奥氏体中的析出行为,并进一步分析了热轧制温度对析出行为的影响。计算结果表明,对所研究的钢种成分和工艺条件... 详细信息

以微合金元素的析出热力学和析出动力学为基础,针对Fe-Nb-V-Ti-Al-C-N合金系,定量计算了热连轧过程中(Nb,V,Ti)(C,N)和AlN在奥氏体中的析出行为,并进一步分析了热轧制温度对析出行为的影响。计算结果表明,对所研究的钢种成分和工艺条件,在加热过程中(Nb,V,Ti)(C,N)就已经析出,在粗轧阶段,(Nb,V,Ti)(C,N)析出粒子平均半径逐渐减小,在精轧阶段,(Nb,V,Ti)(C,N)基本达到平衡析出量,终轧后析出粒子平均半径保持在23 nm左右。轧制时的热变形增大了形核率,促进了析出,使析出粒子的平均半径减小。随加热和轧制温度的降低,(Nb,V,Ti)(C,N)的析出量有所增加,粒子平均半径减小。

关键词：微合金钢碳氮化物析出热力学动力学

DH36高强度船板钢中碳化物及碳氮化物析出行为

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第3期49卷 518-528页

作者：石骁吴建中郭汉杰郭靖段生朝杨文晟北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

利用碳复型法通过透射电子显微镜研究工业级DH36高强度船板钢在控轧控冷工艺下纳米级碳化物和碳氮化物的析出行为,并针对钢液冷却过程分别对碳化物及氮化物的析出规律进行热力学计算。研究结果表明:钢中普遍存在的析出相为(Nb,Ti)(C,N)... 详细信息

利用碳复型法通过透射电子显微镜研究工业级DH36高强度船板钢在控轧控冷工艺下纳米级碳化物和碳氮化物的析出行为,并针对钢液冷却过程分别对碳化物及氮化物的析出规律进行热力学计算。研究结果表明:钢中普遍存在的析出相为(Nb,Ti)(C,N)碳氮化物和(Nb,Ti)C碳化物,均为FCC,Na Cl型结构,其中(Nb,Ti)(C,N)基本呈立方形,(Nb,Ti)C大多由富Ti的"核"部和富Nb的"帽"部构成;析出粒子均为单相,其晶格常数随Ti与Nb物质的量比的变化而微弱变化;通过统计粒子粒径及分布规律,利用Orowan绕过机制计算得出此类钢中沉淀强化对屈服强度的贡献约为166 MPa;钢中第二相析出的先后顺序为Ti N,Ti C,Nb C,Nb N。

关键词： DH36 碳化物碳氮化物沉淀强化析出热力学