三维原子探针对铌微合金化钢碳氮化物的析出研究

高钢级管线钢中碳氮化物析出对提高钢的强韧性有着非常重要的作用.基于高钢级管线钢的成分体系,建立(nbx,ti1-x)(cyn1-y)-aln复合析出的双亚点阵热力学模型,计算出800～1450℃内两种不同nb含量的管线钢中碳氮化物复合析出数据,并与jmatpro软件计算结果进行比较.结果表明:nb含量的增加,提高了nb的全固溶温度,扩大了高温析出温度区域;ti元素在1200～1450℃内析出速度很快,1200℃时两种成分钢中ti的析出量均大于50%;800℃平衡态时,析出物均以nbc为主;nb对ti元素的交互作用间接影响到aln的析出;热力学计算结果与jmatpro软件计算结果进行比较,试验数据有着良好的一致性.

为改善q345b微合金钢铸坯塑性，控制裂纹产生，对q345b钢中硫化物及微合金碳氮化物析出热力学进行了分析。计算结果表明：1）钢液中不可能析出氮化物、碳化物和硫化物；2）钢液凝固过程中硫化锰在1472℃、氮化钛在1467℃时具备析出的热力学条件，而其它氮化物、碳化物则不具备析出条件；3）在奥氏体相中，氮化铝、碳化钛，碳化钒和氮化钒的平衡析出温度分别为1027℃、977℃、727℃和777℃。

利用旋转弯曲疲劳试验方法研究了三种重载齿轮钢渗碳后的疲劳性能。结果表明,添加铌能够细化重载齿轮钢组织,提高渗碳层硬度,从而提高其疲劳强度。同时,疲劳裂纹在渗碳层沿原奥氏体晶界扩展,铌微合金化重载齿轮钢的晶粒细化,从而可以阻碍疲劳裂纹的扩展。此外,扫描电镜观察疲劳断口发现,重载齿轮钢渗碳后疲劳裂纹起源于基体或夹杂物,夹杂物尺寸越小,疲劳性能越好。

根据钢的高温延塑性可将含铌、钒、钛微合金化钢分为两类：一类是含碳较低（≤０．１０％）的钢种，此类钢在温度降低到８２５℃后延塑性能够随温度降低而快速恢复；另一类是含碳较高（＞０．１２％）或含铌、钒较高的钢种，此类钢在第ⅲ脆性温度区的脆化可延伸至７２５℃。通过提高恒拉速率、液面自动控制投入率和铸机对弧精度，并针对钢的高温延塑性特点采用合理的二冷工艺，使矫直区铸坯边角部温度避开钢的脆性温度区，含铌、钒、钛微合金化钢连铸板坯的角横裂显著减少。

基于双亚点阵模型,建立x100管线钢（nbx,ti1-x）（cyn1-y）-aln复合析出热力学模型。热力学模型计算结果表明,1450～1100k时,nb析出量显著增大;1800～1400k时,ti析出速度加快,aln的析出温度为1450k左右。tem观察及eds分析结果显示,1173k时,有大量细小（nb,ti）（c,n）的析出物产生,nb与ti的原子比大于4;1373k时,nb与ti的原子比接近1;1523k时,以较大长条形、方形析出物为主,nb与ti的原子比小于0.43。热力学模型计算结果与jmatpro软件计算结果及eds统计结果有较好的一致性。

微合金化钢是在c—mn钢或低合金钢中添加微量元素（〈0．1％的nb、v、ti，有时还包括b、al、re）进行合金化，通过高纯洁度冶炼，控轧（锻）控冷（tmcp），获得细晶、碳氮化物沉淀强化的高强度、高韧性，高可焊性、良好成形性的钢种。这类钢的品种、产量和应用领域正在不断扩大，是钢铁行业发展方向之一。其具有显著高的使用性能和性价比及某些特殊的性能。

介绍了陕西钢铁集团有限公司应用铌微合金化技术生产hrb400e高强抗震钢筋的生产情况。经检验,该工艺生产的产品化学成分和力学性能完全满足国家最新标准要求,且具有一定的经济效益。

通过对不同b含量的低碳硼钢和nb、v微合金化低碳硼钢的冲击实验,研究了b含量及nb、v微合金化对低碳硼钢冲击性能的影响.结果表明:0.0006%~0.0015%的b将提高热处理状态钢的冲击韧性,b质量分数超过0.003%将降低钢的冲击韧性.nb、v复合微合金化同时加入适量al可显著提高热处理状态低碳硼钢的冲击韧性.ti质量分数超过0.03%对低碳硼钢和微合金硼钢的冲击性能不利.

用电子探针和透射电镜对厚规格ti、nb微合金化q345b钢板中夹杂物和析出物进行了观察分析,结果表明,q345b钢板中的夹杂物主要是锰、钙的氧化物和硫化物以及它们的复合夹杂物,氧化物大多呈球状或椭球状,硫化物多数呈长条状;析出物主要是铌和钛及其化合物,钛主要以tin的形式存在,呈方形或矩形;铌主要以尺寸较大的碳氮化物存在,以椭圆形为主,析出在奥氏体晶内、晶界上。

　第41卷　第9期 　2006年9月 钢铁 ironandsteel 　vol.41,no.9 september　2006 硼微合金化对sphc钢组织、析出物以及屈服强度的影响 范鼎东1,2,　张建平1,　肖丽俊2,　郭亚东2 (1.马鞍山钢铁股份有限公司第一轧钢总厂,安徽马鞍山243000;　2.钢铁研究总院连铸中心,北京100081) 摘　要:研究了加硼后对薄板坯连铸连轧(tscr)流程生产的sphc热轧钢带力学性能的影响,发现加b后热轧 钢带在线检测的平均屈服强度为284mpa,经48h时效后,屈服强度降低至248mpa,冷轧开卷前屈服强度降低至 230mpa,在相同生产工艺条件下加b后屈服强度降低约40mpa。 关键词:硼微合金化;薄板坯连铸连

介绍了昆钢采用氮化增强剂、铌微合金化生产hrb400钢的实践,对钢筋的金相组织、焊接性能及时效性进行了分析研究,并对经济效益进行了评价。

本文介绍了酒钢采用铌微合金化工艺技术生产hrb400钢筋的生产试制过程和产品质量检验结束,为钢铁企业生产hrb400钢筋提供了一种新的微合金化工艺方案。

实验室试制了低碳nb、v微合金化含硼冷镦钢,并对试验钢的组织和性能进行了对比研究。结果表明:钢中添加适当的nb、v细化了含硼钢的铁素体晶粒,显著提高了含硼钢的抗拉强度,其中,nb、v复合微合金化含硼钢的效果最好,其次是含钒硼钢和含铌硼钢。分析表明,nb、v复合微合金化在含硼钢中的主要作用在于细化晶粒和沉淀强化。

主要介绍了水钢铌微合金化hrb400钢筋开发工艺及实施情况,通过对铌微合金化hrb400钢筋试制,初步掌握nb合金的强化机理,确保该钢种的正常生产,节约公司生产成本。

结合石油焊管用低碳微合金化钢的研制开发，从合金化、冶炼、控轧工艺以及形变热处理等几个方面分析论述了钢的强韧化途径，同时结合组织形态观察，阐述位错强化、弥散强化、析出强化等冶金措施在石油焊管用钢中的作用。

对节约型铌微合金化hrb400钢筋的成分、钢坯加热温度和上冷床温度进行了优化,分析了有时试样初检屈服点不明显的原因并提出了应对措施。研究结果表明:控制钢中w(nb)为0.008%~0.028%,适宜的钢坯加热温度为1050~1150℃,轧后控冷,上冷床温度按830~860℃控制,可生产性能合格的hrb400钢筋。如成分和工艺控制不当,造成贝氏体量高于10.7%时就可能出现初检屈服点不明显的现象。

采用新型微氮合金化技术对hrb400e带肋钢筋进行生产试制研究,发现其钢坯在750~850℃存在热塑脆性区,通过控制连铸工艺可获得优质钢坯;钢筋成品具有较高抗拉强度和合适屈强比,时效性能稳定,其金相组织均以铁素体+珠光体组成。研究表明,新型微氮钢筋的强度增加主要是由大小为5~30nm的第二相粒子析出强化作用引起的,可以使钢筋的合金钒用量节约40%~60%。采用该工艺生产的螺纹钢每吨钢的成本降低了40~60元,产生了显著的经济效益。

利用c形缺口试样,研究nb-b微合金化齿轮钢的渗碳热处理畸变。结果表明,由于细小的nb(c,n)析出相在奥氏体晶界起钉扎作用,nb-b微合金化渗碳齿轮钢的原奥氏体晶粒平均尺寸明显细于20crmoh钢和22crmoh钢。微量b使20crmoh钢和22crmoh钢的淬透性提高,理想淬透直径di值增大,渗碳淬火畸变率增加;nb微合金化细化晶粒,细晶粒齿轮钢的渗碳淬火畸变相对较小;nb-b微合金化可实现淬透性提高而渗碳淬火畸变不显著增加。

对铌微合金化hrb400钢筋进行了生产工艺、金相组织、时效热处理、力学性能等方面的分析。结果表明:20mnsinb钢金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体;20mnsinb钢经250℃×1h时效处理后没有时效倾向;经600℃×1h时效处理后,钢的抗拉强度和屈服强度分别提高50mpa和60mpa。

通过采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等手段,对铌微合金化热轧带肋钢筋的连铸方坯质量及钢筋表面裂纹进行了分析研究。结果表明,连铸方坯上的中心疏松、中间裂纹和中心裂纹颇为严重,分析认为这些缺陷是浇注温度、冷却强度和拉坯速度等因素综合影响的结果。钢筋表面裂纹为纵向裂纹,主要是由表层及亚表层的夹杂物而并非连铸方坯内部裂纹所引起的,讨论了夹杂物对钢筋纵向裂纹扩展和分叉的影响,裂纹扩展时遇到难以变形的大颗粒夹杂易发生分叉。提出了优化冶炼和改进连铸工艺等相关措施并取得了良好的效果。

用包括奥氏体γ相和两个碳氮化物相三相溶解度间隙平衡处理的方法计算了v-ti-n微合金非调质油井管钢中的碳氮化物析出.计算结果表明,此钢奥氏体中的析出模式为1473℃时tin即开始析出;其后部分tin逐渐转变为复合(tixv1-x)(cyn1-y)颗粒,而其他的tin直到低温仍保持其化学性质;最后富v-c的v(cxn1-x)在846℃开始析出.实验数据验证了这种析出模式.计算结果支持了中碳含钒微合金钢中800℃以下奥氏体中的析出对其后的奥氏体分解相变具有明显的调控作用的观点.

结合凌钢工况条件,采用nb、v复合微合金化开发了hrb500钢筋。基于成分设计和微合金元素溶解度计算,确定了nb、v含量分别为0.030%和0.010%,连铸矫直温度控制在1100℃以上,钢坯加热温度控制在1050～1150℃的生产工艺。试制结果表明,钢筋性能符合标准要求。