一种含氮Cr-Ni型奥氏体不锈钢的工艺设计与热处理研究

含氮奥氏体不锈钢是资源节约型不锈钢的典型代表。本文依据含H2S油气环境对不锈钢耐蚀及力学性能的要求,对一种Cr-Ni型奥氏体不锈钢的成分、冶金工艺进行了设计,并对该不锈钢的铸态、锻态、固溶态组织及力学性能进行了研究。结果表明:该不锈钢铸态为单一奥氏体的枝晶组织,沿晶界析出大量富CrMo的σ相;经1150℃锻造后,钢中σ相消失,获得细化的孪晶组织,并具有优良的综合力学性能。经900~1000℃固溶处理,沿晶界有大量Cr N、CrN_2氮化物析出,并随升温沿垂直于锻造方向呈带状偏聚;在1050~1100℃沿孪晶组织发生再结晶,基体中晶粒长大,强度下降,塑韧性增加。     

HRB500E微合金化钢筋中钒的化合物析出行为

分析了HRB500E微合金化高强度钢筋中钒的氮化物、碳化物和碳氮化物分别在液相、凝固过程、奥氏体以及铁素体相中的析出热力学条件，并研究了它们在实验钢连铸或热处理过程中的析出规律。结果表明：实验钢中，钒的碳化物和氮化物在钢液中不析出。碳氮化钒(VC_xN_1-x)中的x值随温度降低而增大，即在高温平衡条件下析出富氮的碳氮化物，在全固溶温度1450 K下析出物为VC_0.03N_0.97。VN在1176～1448 K温度区间内在奥氏体相中析出，温度低于1176 K时，主要析出物为碳化钒或碳氮化钒。实验钢铁素体相中也观察到有钒的化合物析出，呈椭圆形，析出规律与热力学分析结果基本吻合。     

固溶时效对超高氮奥氏体不锈钢析出行为的影响

用金相法、电镜观察等研究固溶 时效处理过程中超高氮奥氏体不锈钢氮化物及金属间相析出行为.结果表明:在超高氮奥氏体不锈钢中,随850℃等温时间的延长Cr2N析出过程为:沿晶界链条状析出→沿三晶界交汇处胞状析出并伴随少量的晶内析出→逐渐向晶内生长并与晶内析出相连呈层片状布满整个晶面,Cr2N的析出形态多以颗粒状、蠕虫状、层片状、菊花状分布;随着氮化物的析出伴随有σ相析出,这些金属间相多呈片状出现.探讨了各析出物的析出机理;通过析出物形貌TEM观察和选区衍射分析(SAD)确定了氮化物晶体结构及其与基体的位向关系;氮主要是以Cr2N和过饱和间隙原子的形式存在.     

新型高碳高铬低镍钢的组织及力学性能研究

基于耐热耐磨钢的工况要求,合理设计钢的化学成分,采用普通铸造法制备出了新型高碳高铬低镍合金铸钢,并对其铸态组织和力学性能进行了研究.结果表明:该钢的铸态组织由块状奥氏体和沿奥氏体晶界呈网状分布的碳化物组成,而奥氏体内未出现弥散析出相；该钢铸态具有好的抗冲击性,其韧度为5.4J/cm2,但其硬度有待提高,洛氏硬度仅为35 HRC.     

改进型无限冷硬铸铁轧辊回火组织转变研究

通过对改进型无限冷硬铸铁轧辊不同回火温度和时间的系列回火试验,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究回火对铸态组织中亚稳残余奥氏体转变的影响,分析铸态下贝氏体在组织回火中的分解及碳化物析出行为。试验结果表明：改进型无限冷硬铸铁350℃以下温度回火后奥氏体仍然稳定存在;425～450℃温度问回火在下贝氏体针内部析出合金渗碳体,大部分奥氏体转变为上贝氏体组织;500℃回火后得到回火索氏体组织。     

复合微合金化高强度低合金钢奥氏体相中碳氮化物析出热力学数值模拟

基于多元第二相固溶析出理论开发了定量计算复合微合金化高强度低合金(HSLA)钢奥氏体相中碳氮化物析出热力学数值模拟计算模型.采用所开发的模型,模拟了奥氏体中多元碳氮化物和AlN相互作用时的析出开始温度,对不同奥氏体化温度下及不同化学成分的C-Nb-V-Ti-Al-N体系的微合金钢的奥氏体平衡成分、碳氮析出物成分和摩尔分数等进行了模拟和分析.     

高氮低镍奥氏体不锈钢的力学性能及析出相

通过对高氮低镍奥氏体不锈钢(0Cr25Ni2Mn17Mo1NbN)进行1100℃固溶处理,水冷,利用万能拉伸试验机测试其力学性能并和316L奥氏体不锈钢进行对比。将高氮低镍奥氏体不锈钢在不同温度(700、750、800℃)时效2 h,利用光学显微镜和洛氏硬度计,观察不同温度下时效2 h试验钢的析出状况和试验钢的硬度,利用扫描电镜、透射电镜来观察和分析试验钢800℃析出物的形貌及种类。试验结果表明,高氮低镍奥氏体不锈钢在1100℃固溶处理后有良好的力学性能,高氮低镍奥氏体不锈钢在800℃大量析出相为σ相,其次是Cr2N,伴有少量Cr23C6析出,还有微量Nb(C,N)析出。析出相形态有胞状、短棒状和片状布满整个基体。试验钢时效后的硬度值要比时效前(固溶态)的硬度值高,且试样随时效温度升高其硬度值呈现上升趋势。     

固溶时效对节镍型高氮奥氏体不锈钢组织的影响

对热轧态节镍型高氮奥氏体不锈钢进行固溶及时效处理,利用光学显微镜、电子背散射衍射,结合相图系统分析该材料固溶处理及时效后组织变化规律。结果表明,1050 ℃固溶处理后,试验钢基体为奥氏体,存在少量的铁素体,奥氏体晶粒形状偏等轴,晶粒内部存在大量孪晶。时效后,析出相主要为Cr₂N、CrN、Cr₂₃C₆。在时效时间为5 h不变的条件下,温度由650 ℃升高至800 ℃,碳化物及氮化物数量呈现先增长后降低的趋势,在750 ℃时数量最多。而在750 ℃时效5~10 h范围内,随着时效时间的增加,析出相数量变化不大。析出相的析出过程为:先在晶界交叉处析出胞状析出物,随时间的延长,在晶界逐渐析出条状析出物,在晶内开始出现并逐渐长大,最终形成类珠光体的片层状析出。     

回火温度对42CrMo齿轮钢组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、拉伸试验机等研究了550～650℃不同温度回火对42CrMo齿轮钢显微组织与力学性能的影响.结果 表明:回火态42CrMo钢组织主要为铁素体、渗碳体及少量残余奥氏体.随着回火温度的升高,试验钢中析出碳化物数量先增加后逐渐减少,碳化物的尺寸越来越细小,铁素体也从板条状逐渐转变为块状.随着回火温度的...     

高氮高钼合金连铸表面裂纹原因分析

S31254是一种超级奥氏体不锈钢,含有大量的Cr、Ni、Mo、N和Cu等合金元素,具有优异的抗腐蚀性能和综合力学性能。当前,S31254合金连铸主要问题是表面裂纹。通过对S31254合金的材料特性、热模拟断裂机制、凝固原位观察研究,利用金相显微镜和扫描电镜系统分析了S31254裂纹缺陷成因。研究结果表明,S31254合金中有大量分布于铸态组织晶界的析出相,析出相包括σ相、χ相、Laves相和氮化物等,析出相特征是富Cr和Mo、贫Ni。当温度升高至1 240℃左右时,所有的析出相熔入到奥氏体相中,最后熔化的析出相为σ相。随着S31254合金析出相沿晶界析出,铸态晶界脆化,铸坯试样断裂机制演变为沿晶的脆性断裂,这降低了合金的高温塑性,增大了发生裂纹的倾向性。     

增氮降镍对316奥氏体不锈钢组织和性能的影响

利用OM、SEM及TEM研究了增氮降镍对316奥氏体不锈钢的组织、析出相及力学性能的影响。结果表明:增氮降镍后试验钢仍为单一的奥氏体组织;试验钢在晶界处的M23C型碳化物析出相数量减少,有少量的碳氮化合物和氮化物析出相在晶界析出;试验钢的伸长率和断面收缩率变化不大,冲击功由260.6 J提高到294.3 J;抗拉强度由829.24 MPa上升到1221.67 MPa;屈服强度由585.06 MPa上升到878.57 MPa,显著提高了试验钢的力学性能。     

时效温度对铸态低密度钢Mn30Al9Si组织及性能的影响

通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)以及拉伸实验等研究了时效温度对铸态奥氏体基低密度钢(Mn30Al9Si)组织及力学性能的影响,并研究了其强韧化机制.结果 表明:铸态Mn30Al9Si钢经固溶时效后的组织由奥氏体基体及条状铁素体组成,并包含κ-碳化物、β-Mn等第二相;450℃时效后试验钢获得了优异的强塑性结合,其抗拉强度为732 MPa,伸长率为52.91％;500℃时效后,由于β-Mn相在铁素体/奥氏体边界析出,其伸长率由52.91％下降到6.31％;550℃时效过程中,由于β-Mn相持续析出并长大以及κ-碳化物的不断长大并分布在奥氏体晶界,使伸长率下降至0.67％.Mn30Al9Si钢的变形区TEM组织具有典型的平面滑移特征,奥氏体基体中存在大量畴界及交叉微带,赋予了试验钢优秀的强塑性,其强韧化机制以微带诱发塑性为主.     

奥氏体化温度对含Nb轴承钢析出相的影响

对30CrNiMoNb钢不同奥氏体化温度下析出相进行了研究,结果表明,钢在热轧态时NbC大量析出有效地防止晶粒长大,使基材获得细小原始奥氏体晶粒。钢淬火时,当淬火温度低于1050 ℃时,NbC析出相部分固溶于奥氏体,但未固溶NbC可起到钉扎作用,抑制奥氏体晶粒长大,保证30CrNiMoNb钢获得细晶组织;当温度高于1050 ℃,NbC部分固溶于奥氏体,未固溶部分出现明显长大,对奥氏体晶粒的钉扎作用减弱,导致奥氏体晶粒长大。     

连铸板坯角横裂纹的形成机理及控制措施

板坯角横裂纹是在钢的第Ⅲ脆性区产生的一种沿晶开裂。在第Ⅲ脆性区温度范围内,在奥氏体晶界铁素体薄膜的析出(晶界析出)弱化了晶界,或由于碳氮化物等的析出,在奥氏体晶界附近形成无析出区(晶界滑移)导致的晶界脆性,当铸坯在该温度区间受到弯曲、矫直或0号段错位等拉应力作用后产生的裂纹。奥氏体晶粒越粗大和奥氏体晶界越弥散细小的析出,越容易产生裂纹。保证连铸机设备精度和制定合适的连铸生产工艺参数是消除铸坯角横裂纹的根本方法。     

奥氏体化温度对含铌热成形钢组织性能的影响

研究了不同奥氏体化温度下含铌热成形钢的组织和性能变化。结果表明,随着奥氏体化温度的增加,热成形钢的抗拉强度呈先升高后下降的趋势。当在850℃奥氏体化7.5 min时,抗拉强度最高可达1758 MPa,屈服强度为1205 MPa,断后伸长率约为6%,且此时马氏体晶粒最为细小,晶粒尺寸约为2.87μm,马氏体板条间距约为322 nm。随着奥氏体化温度的升高,基体组织奥氏化程度逐渐增加,(Nb, Ti)复合碳氮化物析出粒子同时也逐渐发生回溶,奥氏体晶粒粗化。当在930℃奥氏体化5.0 min时,马氏体晶粒增大到4.936μm,马氏体板条间距增大到929.6 nm。     

热处理工艺对G30钢组织和性能的影响

对G30高氮轴承钢进行不同工艺的退火、淬火、回火处理,利用光学显微镜和扫描电镜对组织演变进行研究,分析不同工艺处理后硬度、耐磨性能以及碳氮化物尺寸的变化。结果表明:G30钢在850℃退火后组织为粒状珠光体,有助于提供较好的预备组织;不同淬火及回火工艺后,G30钢的硬度有一定程度的提高,较高的回火温度有利于降低钢中奥氏体的含量、促进碳氮化物的长大,其中,经过1020℃淬火+475℃回火处理,G30钢的硬度达到59.0 HRC,组织为回火屈氏体+未溶第二相+残留奥氏体,碳氮化物的尺寸主要集中在0.6~0.8μm之间。     

1000MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢加热制度研究

采用OM、TEM和EDS分析技术,研究了1000 MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢在不同加热温度下保温不同时间时奥氏体晶粒粗化行为与微合金元素碳氮化物溶解行为。结果表明,铸坯中存在尺寸与形状明显不同的3类析出物:尺寸大于1μm的方形Ti N粒子;尺寸在500 nm以下的球形、椭球形或方形Nb、Ti复合析出物;少量方形或椭球形Ti S或Ti(C,S)析出物。随着温度的升高,原始奥氏体晶粒尺寸呈现出单调增大的趋势,当加热温度超过1200℃时奥氏体晶粒发生快速长大,而析出物数量不断减少、尺寸逐渐增大、Ti/Nb原子比逐渐升高,EDS显示均为Ti、Nb复合析出。随着保温时间的延长,原始奥氏体平均晶粒尺寸呈抛物线规律长大,小尺寸的球形、椭球形的析出物逐渐溶解,大尺寸方形析出物数量逐渐增加且棱角变得模糊。综合考虑加热温度和保温时间对Nb、Ti微合金元素的固溶行为和奥氏体晶粒粗化行为的影响,1000 MPa级Nb-Ti微合金化超高强度钢的加热温度和保温时间分别为1250℃和80 min较合适。     

奥氏体化温度对30CrNiMoNb钢析出相的影响

对30CrNiMoNb钢不同奥氏体化温度下析出相进行了研究,结果表明,钢在热轧态时Nb C大量析出有效地防止晶粒长大,使基材获得细小原始奥氏体晶粒。钢淬火时,当淬火温度低于1050℃时,Nb C析出相部分固溶于奥氏体,但未固溶Nb C可起到钉扎作用,抑制奥氏体晶粒长大,保证30CrNiMoNb钢获得细晶组织;当温度高于1050℃,Nb C部分固溶于奥氏体,未固溶部分出现明显长大,对奥氏体晶粒的钉扎作用减弱,导致奥氏体晶粒长大。     

等温热处理温度对中碳超高强钢组织与性能的影响

研究不同奥氏体化温度和不同等温温度对中碳超高强钢组织与性能的影响。结果表明,随着奥氏体化温度的升高,贝氏体/马氏体复相组织变得粗大,钢的强度上升,塑韧性下降。随着等温温度的升高,钢的抗拉强度呈平缓下降趋势。中碳超高强钢的最佳热处理工艺为880℃奥氏体化保温25 min后,330℃等温保温1.5 min油冷,抗拉强度Rm≥2 060 MPa,断面收缩率ψ≥25.6%。     

温度和形变对V-Ti微合金钢中碳氮化物溶解与析出的影响

针对V-Ti微合金钢,采用透射电镜分析了不同加热温度下微合金碳氮化物的溶解,未形变与形变奥氏体在不同冷却温度下碳氮化物的析出。结果表明,钒的碳氮化物在860￣900℃时大量溶解,钛的碳氮化物在900℃以上逐渐溶解;随着冷却温度的逐渐降低,析出相逐渐增多、尺寸减小,在1200￣950℃时主要是微合金元素钛的碳氮化物析出;奥氏体区的高温形变促进微合金碳氮化物的析出,使奥氏体内的析出量增多、尺寸细小。