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文档简介
4.微合金元素在控制轧制中的作用
HSLA钢中常用合金元素及夹杂元素分类:
1)微合金化元素:铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)、铝(Al)(B)。
2)置换元素:硅(Si)、锰(Mn)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)(Cr)。
3)夹杂及硫化物形状控制的添加元素:磷(P)、硫(S)、钙(Ca)、稀土金属(REM)及锆(Zr)。控制钢的塑性。控制钢的强度、韧性、相变显微组织微合金化元素:特点:与碳、氮结合成碳化物、氮化物和碳氮化物,高温下溶解,低温下析出。作用:(1)加热:阻碍原始奥氏体晶粒长大;(2)轧制:抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大;(3)低温:析出强化作用。4.1合金元素的作用机理:如果有细小的第二相质点导入奥氏体基体中,由于质点和晶界发生相互作用,第二相质点通常存在于晶界上,一部分晶界被质点所取代,并且表面的能量确保了晶界相对位置的稳定。因此晶界迁移(晶粒长大)受到来自质点的阻力。图4-2晶粒尺寸与加热温度的关系特点:(1)铌钢:(2)钒钢和Si-Mn钢:(3)钛钢:机理:沉淀对奥氏体晶粒边界起钉扎作用使钛钢具有高于1250℃的极高的晶粒细化温度。4.2控制轧制过程中微量元素碳氮化合物的析出4.2.1各阶段中Nb(C、N)的析出状态(1)出炉前:加热到1200C,均热2h:90%以上铌都固溶到奥氏体基体中,有极少数粗大Nb(C、N)没有固溶到奥氏体中。1260C:保温30min,Nb(C、N)全部溶解。(2)出炉后到轧制前:
在轧制前,从固溶体中析出Nb(C、N)数量很少。出炉后尚未变形Nb(C、N)平均析出速度:高温、低温析出都很慢。终轧温度的影响:高温轧制后(再结晶轧制,如1050C):铌的平均析出速度不大、析出颗粒较大(200Å左右)。原因:低温轧制后(未再结晶轧制,如900800C):加大了铌的析出速度,析出颗粒细(50100Å
)。原因:控制轧制就是应用这种微细的Nb(C、N)析出质点固定亚晶界而阻止奥氏体晶粒再结晶,达到细化晶粒的目的。轧后冷却过程中铌的析出速度主要取决于铌的过饱和度、变形温度和变形量。随变形温度降低或变形量增大其析出速度增大。(5)在铁素体内相变后内剩余的固溶铌继续析出,质点大小决定于冷却速度。(6)冷却到室温,1015%左右的铌未从铁素体中析出。(4)奥氏体向铁素体转变过程中1)碳氮化物在和中的溶解度不同相变后,产生快速析出。相间析出(相间沉淀):冷却速度大、析出温度低相间沉淀排间距小析出质点也小。析出时间长质点长大。(2)变形温度图4-7温度-时间-沉淀动力学曲线、形变对沉淀动力学的影响规程1:在再结晶区变形、发生了再结晶规程2:附加有未再结晶区变形、未发生再结晶1)析出量相等时,未再结晶区轧制所需时间短。原因:2)析出量一定时,在高温所需等温时间短,低温所需等温时间长。(3)钢的成分变化曲线钢号铌,%氮,%碳,%钼,%123476320D43D4532675A0.040.040.050.0450.0030.0080.0050.0060.190.100.120.10--0.230.17图4-8铌钢经50%变形后在900C时的沉淀图不同成分的钢随析出时间增加析出量都增加,但钢的成分不同,析出量不同。4.3微量元素在控制轧制控制冷却中的作用4.3.1加热时阻止奥氏体晶粒长大图4-9碳化物及氮化物形成元素的含量对奥氏体晶粒粗化温度的影响作用:铌、钛含量在0.10%以下时,可以提高奥氏体粗化温度到1050-1100C,作用明显。钒在小于0.10%时,阻止晶粒长大的作用不大,当铌和钒含量大于0.10%时,随合金含量的增多粗化温度继续提高,当含量达到0.16%时则趋于稳定,粗化温度不再提高。4.3.2再结晶的延迟(1)合金元素的作用图4-11不同含铌量的0.002%C-1.54%Mn钢中,铌含量对软化行为的影响含铌量增加,再结晶开始时间显著延长。含碳0.002%钢中,几乎所有铌原子均会固溶,会延迟回复和再结晶的发生。(2)温度的作用图4-12含铌或不含铌的0.002%C-1.56%Mn钢的软化行为与温度的关系而对于含铌钢,随温度的下降,再结晶开始受到显著延迟。(3)温度和含碳量的作用图4-13含铌0.097%的钢中,温度和含碳量对软化行为的影响含碳较高的钢在900C和850C时,软化速率比含碳低的钢慢得多,而在1000C时,这两种钢几乎表现出相同的软化行为。图4-150.002%C钢、0.002%C-0.097%Nb钢和0.019%C-0.095%Nb钢的再结晶-速度-温度-时间和沉淀析出-温度-时间曲线的叠加溶质铌只有在应变诱发沉淀出现时,才能起到延迟回复和再结晶作用。图4-3中的静态再结晶动力学(a)Si-Mn钢;(b)含0.04%Nb的钢预应变为0.50图4-4中的静态再结晶动力学含0.08%Ti的钢;(b)含0.10%V的钢变形温度900C预应变为0.50(4)微量元素对动态再结晶临界变形量的影响机理:1)合金元素偏析于晶粒边界而引起的溶质原子的拖拉作用;2)合金元素的碳氮化合物在晶界沉淀而引起的钉扎作用。图4-9实验钢1000C变形时真应力-真应变曲线(6)微量元素对再结晶速度的影响图4-11铌对含有0.05%C、1.8%Mn钢再结晶速度的影响(7)微量元素对静态再结晶临界变形量的影响
图4-13铌对奥氏体再结晶临界压下率的影响(1道次)1-加热温度1250C,0.13%Nb,晶粒度:1.7级2-加热温度1250C,0.03%Nb,晶粒度:2.8级3-加热温度1150C,0.03%Nb,晶粒度:2.4级4-加热温度1250C,不含Nb,晶粒度:0.4级图4-16含铌钢在变形50%以后等温时间内的再结晶与沉淀(0.10%C、0.99%Mn、0.04%Nb、0.008%N)1-100%再结晶;2-50%再结晶;3-0%再结晶;4-20%沉淀;5-50%沉淀;6-75%沉淀;7-100%沉淀4.3.3晶粒细化和沉淀硬化
图4-5强度和韧-脆转变温度与含铌量和含钛量的关系铌的碳化物或氮化物和碳化铌引起的晶粒细化和沉淀硬化。后者的强化效果与加热时溶解的铌或钛的含量有关。实验条件:0.10%C—0.25%Si—1.50%Mn,加热温度及终轧温度分别为1100℃和780℃,900℃以下的总压下率为70%。图4-60.035%Nb钢和0.15%Mo-0.035%Nb钢,强度和韧-脆转变温度与含铌量和含钒量的关系(1)Nb:晶粒细化和中等的沉淀强化。含量<万分之几,增大含量不会引起重大改进。(2)Ti:含Ti量强烈的沉淀强化产品的强度,晶粒细化是中等的。含量高时:(3)V:中等程度的沉淀强化和较弱的晶粒细化,与它的重量百分比成正比。图4-28铌和钒对20mm厚的控制轧制钢板屈服强度和缺口韧性(用夏比V型缺口,50%纤维状断口转变温度来测量)的影响1-无Nb;2-0.04%Nb;3-0.08%Nb;4-无V1-0.03%Nb,0.15%Cr,0.04%V,0.30%Ni;2-0.03%Nb,0.04%V,0.20%Cr,0.20%Cu;3-0.03%Nb,0.04
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