釩微合金化高強度低合金鋼組織超細化與碳氮化物析出動力學研究.pdf

1、晶粒細化是提高鋼鐵材料強度但又不損害韌性的唯一方法。對鋼鐵材料超細組織的研究，已成為當前開發(fā)傳統(tǒng)鋼鐵材料潛在性能的熱點。通過采用形變誘導鐵素體相變獲得超細晶組織是有效手段之一。微合金化也是一種重要的細化晶粒的手段。釩作為一種理想的微合金化元素越來越受到人們的關注，尤其是在釩微合金化鋼中添加氮會大大促進碳氮化物的析出，在得到沉淀強化的同時析出相也會起到細化晶粒的作用。將形變誘導鐵素體相變和釩微合金化相結合對調控HSLA鋼的組織、改善其性能

2、、發(fā)揮HSLA鋼的潛力、節(jié)約資源都具有重要的現(xiàn)實意義。 本研究以0.1％C-1.0％Mn的低碳鋼為基礎，熔煉了不含釩的參比鋼和不同釩、氮含量的微合金化實驗用鋼，通過熱模擬的實驗方法對實驗用鋼在不同的溫度范圍(奧氏體再結晶區(qū)、奧氏體未再結晶區(qū)和誘導相變區(qū))進行單道次或多道次熱壓縮變形，采用光學顯微鏡和透射電鏡對顯微組織進行觀察，考察了在不同溫度區(qū)間變形時變形參數(shù)(變形量、變形溫度、變形速率等)、和釩微合金化對奧氏體動態(tài)再結晶、變形

3、奧氏體連續(xù)冷卻相變、形變誘導鐵素體相交的影響；同時考察了釩微合金化鋼中形變誘導鐵素體組織在隨后的控冷過程中的演變規(guī)律和釩的碳氮化物析出規(guī)律，并進一步探討了變形和冷卻參數(shù)以及釩微合金化在各個過程中的影響機理。取得的結論如下： 1、通過測定不同釩含量的釩微合金化鋼的真應力—真應變曲線，研究了釩微合金化對高溫奧氏體變形行為的影響。結果表明：(1)變形溫度在900～1000℃區(qū)間，變形速率在0.1s-1～1s-1的變形條件下，釩含量少的

4、實驗鋼易于發(fā)生動態(tài)再結晶。在相同的變形條件下，釩含量多的實驗鋼變形抗力大。(2)鋼中釩含量的增加延緩了動態(tài)再結晶的進程。微合金化元素釩對動態(tài)再結晶的推遲作用主要來自固溶釩原子的拖曳作用。(3)實驗鋼中釩的質量分數(shù)從0.051％增加到0.089％，奧氏體動態(tài)再結晶名義激活能增加了51kJ/mol。 2、采用膨脹法測定了不同釩含量的釩微合金化鋼的單道次和多道次變形的動態(tài)CCT曲線，研究了釩微合金化對連續(xù)冷卻相變的影響。結果表明：(1

5、)在未再結晶區(qū)變形后的連續(xù)冷卻過程中，隨著冷卻速度的增大，粒狀貝氏體的體積分數(shù)增加。(2)在未再結晶區(qū)變形時，多道次的累積變形(相同的變形條件下)可以獲得與單道次變形相同的效果。(3)隨著鋼中釩含量的增加，連續(xù)冷卻過程中相變的開始溫度略有增加。釩微合金化對粒狀貝氏體相變有促進作用，隨著釩含量的增加，粒狀貝氏體的體積分數(shù)增加。 3、以不含釩的參比鋼和不同釩、氮含量釩微合金鋼為研究對象，考察變形參數(shù)、釩含量和氮含量對釩微合金化低碳鋼

6、在Ae3～Ar3溫度區(qū)間大變形所發(fā)生的DIFT相變的影響，進一步探討了動態(tài)析出與動態(tài)相變的相互影響規(guī)律。結果表明：(1)在本實驗條件下，實驗用鋼都可以通過形變誘導鐵素體相變的方法得到超細的鐵素體組織。形變誘導鐵素體的體積分數(shù)隨應變量的增大而增加。大變形所導致的鐵素體晶粒細化是γ/α動態(tài)相變和鐵素體動態(tài)再結晶共同作用的結果。(2)固溶在基體中的釩對γ/α動態(tài)相變有抑制作用。隨著變形量的增加，在形變誘導析出作用下，釩的碳氮化物在變形過程中快

7、速的析出，碳氮化物的析出有利于γ/α動態(tài)相變的進行。(3)釩微合金化鋼中增加氮的含量，可以促進釩在變形過程中的析出，進而促進了γ/α動態(tài)相變。(4)在大變形的條件下，其它的變形參數(shù)(變形前冷速，變形溫度，變形速率)對誘導鐵素體晶粒尺寸影響不大。在相同的變形條件下，釩微合金化鋼的鐵素體晶粒尺寸要小于不含釩的參比鋼；并且釩含量越高，誘導鐵素體晶粒越細小。(5)釩氮微合金化鋼的誘導鐵素體組織易于粗化，只有在一定的變形溫度區(qū)間和較高的應變速率的

8、變形條件下，才可以得到細小的誘導鐵素體組織。 4、以不含釩的參比鋼和不同釩、氮含量釩微合金鋼為研究對象，考察變形后的DIFT組織在連續(xù)冷卻過程中和保溫過程中的粗化行為，明確了微合金元素釩對形變誘導組織粗化行為的影響和超細鐵素體晶粒穩(wěn)定的溫度范圍。結果表明：(1)由于形變誘導鐵素體相變的不完全性，在變形后的冷卻過程中剩余奧氏體轉變?yōu)榇执蟮蔫F素體，與形變誘導鐵素體一起形成混晶組織。(2)低碳鋼形變誘導鐵素體組織在變形后連續(xù)冷卻過程中

9、存在晶粒長大的終止溫度，當冷卻到低于此溫度時晶粒停止長大。晶粒長大的終止溫度和極限尺寸隨冷卻速度的改變而改變。(3)形變誘導鐵素體組織在不同溫度保溫時存在保持晶粒尺寸穩(wěn)定的溫度上限，在低于該溫度保溫時由于晶界原子的遷移率較低，誘導鐵素體晶粒長大不顯著。(4)在變形后的冷卻過程中，含釩量較少的實驗鋼與不含釩的參比鋼具有相近的晶粒長大速度，在較高溫度等溫時，含釩量較少的實驗鋼中釩對晶粒長大有一定阻礙作用。而含釩量較多的實驗鋼在連續(xù)冷卻和等溫

10、過程中釩對晶粒長大的抑制作用都很明顯。(5)當晶界遷移速度較快時，固溶的釩對晶界的拖曳作用較弱。 釩的析出降低了晶界的移動速度，使得固溶在基體中的釩對晶粒長大起到阻礙作用。(6)在釩微合金化鋼中增加氮的含量可以得到與高釩鋼同樣的細化晶粒的效果。 5、采用多道次變形實驗考察了不同釩、氮含量的實驗用鋼在多道次變形過程中形變誘導鐵素體相變組織的演變規(guī)律以及釩和釩氮微合金化對形變誘導鐵素體相變的影響。結果表明：(1)當變形溫度較

11、高時，在變形后的道次間隔中會發(fā)生α→γ逆相變，誘導鐵素體體積分數(shù)降低；隨著溫度的降低，在道次間隔時間里會發(fā)生γ→α的亞動態(tài)相變，鐵素體體積分數(shù)增加。(2)微合金化元素釩抑制形變誘導鐵素體相變；但是隨著變形的進行，釩的碳氮化物由于形變誘導析出而迅速析出，析出的粒子可以促進形變誘導鐵素體相變，還可以阻礙誘導鐵素體晶粒進一步長大。(3)釩微合金化鋼中增加氮含量可以顯著地增加變形奧氏體中的碳氮化物析出，從而削弱固溶釩對鐵素體相變的不利影響，促進