CSP生产含Ti高强钢性能稳定控制研究

采用金相检测、透射电镜和能谱分析等方法,分析武钢CSP产线屈服强度700 MPa级别含Ti高强钢长度方向和宽度方向温度波动对钢卷中第二相TiC粒子的析出形貌和析出量的影响,发现卷取温度、带钢长度方向和宽度方向温度波动是造成含Ti高强钢强度波动的主要原因。通过优化卷取温度,层流冷却采用边部遮挡和卷后堆垛缓冷等相关措施,实现了CSP产线屈服强度700 MPa高强钢的批量生产,且产品强度稳定,性能均匀性好。     

HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析

 钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC_0.19N_0.81在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。     

TiC在Ti_2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定

为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为,应用透射电子显微术(TEM)研究了纳米尺度TiC和Ti2CS析出相的结构及取向关系.结果表明,实验钢中Ti2CS的析出温度较TiC的高,先析出的Ti2CS可作为TiC的非自发形核地点.实验观察到细小TiC粒子在Ti2CS上生长的现象.电子衍射和X射线能谱(EDS)分析表明:TiC和Ti2CS之间的取向关系为{001}Ti2CS∥{111}TiC,〈100〉Ti2CS∥〈011-〉TiC.在TEM下还观察到以孪晶形式存在的TiC,孪晶面为(1-11-)面.总之,在钢中先行析出的Ti2CS和TiC粒子都可能成为新生成TiC的非自发形核地点,孪生和外延生长是TiC沉淀的两种重要机制.     

Mo、Ce对贝氏体钢第二相及组织与硬度的影响

为了明确Mo、Ce、Ti在贝氏体钢中的作用,采用热力学计算结合试验,研究含钛贝氏体钢中Mo和Ce对钢中第二相析出、组织转变及性能的影响机制。结果表明,贝氏体钢中加入Mo后,部分固溶于钢基体中,部分以碳化钼的形式析出,Ti以C₂S₂Ti₄析出为主,Ce在钢中以Ce₂O₃和Ce₂O₂S的形式存在,加Ce后Ti的第二相析出以TiC为主;Mo的加入使Ti(C,N)析出量增加了13.12%,平均粒径减小了0.043 μm,Ce的加入使Ti(C,N)的析出量增加了28.97%,粒径减小了0.104 μm;Mo和Ce使组织中残余奥氏体分别增加了1.13%和0.77%,但微观组织均为粒状贝氏体(GB)+板条状马氏体(M)+残余奥氏体(A_γ),Mo和Ce加入后硬度分别增加了54.5和27HV。     

不同合金元素的添加对含Ti微合金高强钢组织性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱分析和拉伸试验等手段,对分别加入Mo、Cr、Nb、Cu等合金元素的含Ti微合金铁素体高强钢组织、析出相和力学性能进行分析,结果表明:铁素体基含Ti微合金高强钢以铁素体为基体,部分微合金钢组织含有极少量粒状贝氏体或珠光体;基体析出粒子尺寸差别较大,大部分尺寸小于10 nm并呈球形、簇状分布,析出物以TiC或(M、Ti)C颗粒为主;5种成分设计的铁素体基含Ti微合金钢均具有良好的室温、高温拉伸性能,550℃拉伸屈服强度均大于380 MPa,为对应室温拉伸屈服强度的63%以上,其中加少量Nb元素的含Ti微合金钢高温和室温屈服强度比最高,达到0.77,具有优异的高温力学性能。     

700MPa含Nb-Ti高强钢铸坯热塑性与析出物分析

为研究Nb和Ti的添加对700 MPa级含Nb-Ti高强钢凝固过程析出物及铸坯高温塑性的影响,采用Gleeble-3500测试其高温力学性能,并用扫描电镜和能谱仪对其断口形貌和析出物进行观察与分析。利用Thermo-calc热力学软件研究含Nb-Ti高强钢凝固过程中析出物的种类和析出温度。由高温拉伸测试结果知Nb的添加使700MPa高强钢铸坯的第Ⅲ脆性区温度范围增宽且向高温方向延伸(725~925℃)。计算得知700 MPa级含Nb-Ti高强钢凝固过程中会析出Nb、Ti碳氮化物。1 100℃左右700 MPa级含Nb-Ti高强钢中含Nb C的面心立方相大量析出是导致铸坯塑性快速下降的原因。835℃左右,由于发生γ→α相变,铸坯塑性进一步降低。当共析转变结束(655℃左右),铸坯塑性恢复。以上研究为减少700 MPa级含Nb-Ti高强钢铸坯裂纹提供了参考数据。     

CSP热轧工艺对Ti微合金化钢组织和性能的影响

采用金相显微镜、电子显微镜、化学相分析等手段研究了CSP热轧工艺对Ti微合金化高强钢组织和性能的影响。结果表明:880℃终轧、620℃卷取试验钢的屈服和抗拉强度分别为825、895 MPa,钢中存在大量的纳米尺寸TiC粒子,其沉淀强化效果超过150 MPa;卷取温度降低到580℃,TiC的析出受到抑制,沉淀强化效果明显减弱。卷取温度显著影响钢中第二相粒子的析出过程,终轧温度和卷取温度改变对晶粒尺寸也有影响,两者综合作用的结果使Ti微合金化钢的强度和韧性发生变化。     

Ti微合金化高强耐候钢的析出相观察和物理化学相分析

通过TEM和物理化学相分析手段定量研究了Ti微合金化高强耐候钢中析出相的结构、形貌、粒度和质量分数。研究结果表明：Ti微合金化高强耐候钢中的析出相有Ti（C，N）、TiC、TiN和Ti4C2S2；析出强化的强度随着析出粒子质量分数的增加和粒径的减小而增加，小于10nm的析出粒子对强度的贡献比较大；较低的卷取温度将会抑制TiC粒子的析出，从而降低析出强化的作用。     

超快速冷却条件下Ti 微合金钢中纳米碳化物及其强化作用

具有较高强度的Ti微合金钢已广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域.针对超快速冷却条件下（轧制冷却速度高达64 ℃/s）的Ti微合金钢,采用无损电解提取技术获得Ti微合金钢中的纳米碳化物. 在此基础上,运用化学相分析、X射线小角散射及透射电镜综合分析纳米碳化物的物理化学特征,并考察其强化作用. 结果表明:Ti微合金钢中存在大量纳米尺寸的Fe_xC、TiC析出物,其平均粒度分别为76.06 nm和133.95 nm;同时,超快速冷却条件强化了Fe_xC的析出行为,使得其析出强化增量达到243.8 MPa,而TiC的析出强化增量仅为63.1 MPa;然而,钢中每增加0.01 %（质量分数）的TiC析出物（＜40 nm）却可大幅贡献强化增量77.1 MPa,远高于Fe_xC析出物（＜40 nm）的强化贡献量. 因此,强化TiC的析出行为在提高钢屈服强度方面具有重要潜力.      

Nb、Ti对高强度耐候钢组织和性能的影响

为模拟CSP(紧凑式带材生产)工艺，由实验室10kg真空感应炉冶炼后轧成6mm钢板，试验研究了Nb、Ti对成分(％)为0．060～0．076C，0．25～0．31Cu，0．45～0．56Cr，0．29～0．30Ni的400MPa和460MPa级高强度耐候钢组织和性能的影响。结果表明，含0．03％Ti钢σa和σb分别为450MPa和545MPa，含0．03％Nb、0．02％Ti钢σa和σb分别为550MPa和615MPa，不含Nb、Ti钢σa和σb仅为375MPa和480MPa。400MPa级耐候钢的组织为铁索体 少量珠光体，含Ti钢的主要析出物为CuS2(20～25nm)和TiN(80nm)，含Nb、Ti460MPa级钢的组织主要为粒状贝氏体，析出物CuS2和(NbTi)CN(30～60nm)，从而提高了钢的强度。     

冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

通过热模拟实验,研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明:当终冷温度为700℃时,随着冷却速度的增大,铁素体和珠光体组织得到了显著细化,实验钢硬度增加;随着终冷温度的降低,多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势,铁素体和珠光体含量逐渐降低,珠光体片层间距逐渐减小,贝氏体含量增加,相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加;钢中存在少量粗大的TiN和Ti_4C_2S_2粒子,冷却速度由5℃/s增大到30℃/s, TiC粒子的析出数量明显增加,平均尺寸由8.1 nm减小到6.7 nm;终冷温度由700℃降到600℃,第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少,平均析出粒子尺寸由6.7 nm减小到5.9 nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。     

冷却工艺对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响

摘要：通过热模拟实验,研究了冷却工艺参数对Ti微合金化高强钢组织和硬度的影响。结果表明：当终冷温度为700℃时,随着冷却速度的增大,铁素体和珠光体组织得到了显著细化,实验钢硬度增加;随着终冷温度的降低,多边形铁素体晶粒尺寸呈减小趋势,铁素体和珠光体含量逐渐降低,珠光体片层间距逐渐减小,贝氏体含量增加,相变强化和细晶强化共同作用使得实验钢的硬度逐渐增加;钢中存在少量粗大的TiN和Ti4C2S2粒子,冷却速度由5℃/s增大到30℃/s,TiC粒子的析出数量明显增加,平均尺寸由8.1nm减小到6.7nm;终冷温度由700℃降到600℃,第二相粒子TiC的析出数量逐渐减少,平均析出粒子尺寸由6.7nm减小到5.9nm。研究结果为Ti微合金化高强钢控制冷却工艺的制定奠定了理论基础。     

钛微合金化高强钢含Ti第二相的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc,对不同Ti含量和不同N含量的高Ti微合金化高强钢进行计算和分析,研究Ti、N元素对高Ti微合金化高强钢中含Ti第二相固溶析出的影响。结果表明,在一定条件下,减少N元素含量,增加Ti元素含量,使得Ti收得率最大,获得更多的有益相TiC,减少有害相TiN的含量。     

Ti含量对热轧带钢组织和力学性能的影响

以普通集装箱板的成分为基础,在CSP生产线上成功开发出Ti微合金化高强度钢,采用扫描电镜、透射电镜、化学相分析等实验手段研究了Ti含量对带钢组织和性能的影响.结果表明:Ti含量变化对铁素体晶粒尺寸影响不大;随钢中Ti含量增加,TiN粒子的尺寸增大,TiC的体积分数增加,而TiC粒子的平均尺寸减小.在Ti含量为0.106%的钢中发现大量尺寸小于5 nm的细小析出物,正是这些析出物的沉淀强化作用显著提高了钢的强度.     

钛微合金化高强钢的组织性能及强化机制

 为了掌握钛微合金化高强钢的组织性能、第二相粒子特性和析出规律以及强化机制，采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机等设备并结合热力学计算，对高强度汽车车厢板进行了系统研究。研究结果表明，试验钢的显微组织类型主要为多边形铁素体+针状铁素体+少量索氏体，平均有效晶粒尺寸约为3.5 μm。钢中存在大量的球形TiC和少量的不规则形状Ti4C2S2及方形TiN析出物，析出顺序为TiN→Ti4C2S2→TiC。第二相析出物以TiC的沉淀强化效果最为显著，TiN和Ti4C2S2的沉淀强化效果十分微弱。试验钢中所有强化方式对试验钢的强度贡献大小顺序为细晶强化＞沉淀强化＞位错强化＞固溶强化＞晶格点阵强化，其中细晶强化和沉淀强化的强化效果最为显著，对屈服强度的贡献超过50%。     

低碳Nb-Ti二元微合金钢析出过程的演变

建立规则溶液亚点阵模型计算了不同温度(1073~1523 K)下低碳Nb-Ti二元微合金钢(Nb质量分数为0.023%,Ti质量分数为0.012%)中碳氮化物析出相的平衡摩尔分数、化学驱动力和各组元摩尔分数,对微合金钢中析出粒子演变规律进行研究,并利用透射电镜观察及能谱分析验证这种析出模式.计算结果表明,1523 K下析出粒子化学式组成为(Nb_0.15Ti_0.85)(C_0.16N_0.84),由富Ti的析出物逐渐过渡至Nb-Ti均匀析出,析出粒子演变顺序为(Nb_0.15Ti_0.85)(C_0.16N_0.84)、(Nb_xTi_1-x)(C_yN_1-y)和(Nb_0.5Ti_0.5)(C_0.56N_0.44),与实验结果符合较好.随着温度降低,Ti/Nb质量比逐渐减小,得到的TiC比NbC更难溶.对均匀形核及位错处形核的临界核心尺寸和相对形核速率进行计算,得到最大形核率即可获得最细小第二相尺寸的温度.      

Ti在热轧高强带钢中的析出相与性能关系的研究

采用拉伸实验、电镜观察、化学相分析、X射线衍射等方法,定性定量地研究了700 MPa级高钛高强度热轧带钢力学性能分布特点和Ti在钢中析出行为的关系.结果表明,钢卷纵向力学性能分布不均,钢卷中部屈服强度大于外部约89 MPa;钢卷中部Ti的析出率明显高于外部;钢卷中部碳氮化物析出相中细小颗粒的比例(即空间弥散度)明显高于外部,析出相中60 nm以下颗粒的质量分数是外部的2.42倍.经计算,得到中部和外部10 nm以下Ti的碳氮化物析出强化量差为38 MPa,小于10 nm细小粒子的强化作用显著,是造成钢卷中部和外部二者强度差别的重要原因.     

密集冷却工艺下含Ti高强钢物理冶金行为研究

研究了热轧含Ti高强钢轧后密集冷却工艺下的物理冶金行为,结果表明,密集冷却扩大了贝氏体转变范围,相变孕育期缩短,CCT曲线向左下方移动,与常规的层流冷却相比,密集冷却工艺下的热轧板具有更细小的晶粒和更多的针状铁素体。热轧后的密集冷却工艺还促进了20 nm及更细小的(Nb,Ti)(C,N)第二相粒子的析出。通过密集冷却工艺,可以将600 MPa的含Ti高强钢强度提升到700 MPa级别,且钢板仍然具有良好的塑性和韧性。     

氢化钛-石油焦制备Al-Ti-C-Ce母合金显微组织及其凝固机制研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等现代检测分析方法,研究了由TiH_2-石油焦-铝铈合金与铝液制备的不同Ce含量的Al-Ti-C-Ce母合金的显微组织,结果表明:Al-Ti-C-Ce母合金由α(Al),(TiC),(TiAl_3),(Ti_2Al_(20)Ce)相组成; Al-Ti-C-Ce母合金铸样晶界为连续的共晶组织,晶内分布着大量的粗大第二相组织,晶界共晶和晶内第二相中均含有Ti_2Al_(20)Ce相。部分大颗粒第二相组织为复合结构,复合晶粒内部存在颜色较深的α(Al)+Ti_2Al_(20)Ce+(TiC)的包晶组织。线分析结果表明:第二相粒子中,元素C的分布相对均匀,粒子内部C, Al含量相对较低, Ti, Ce含量相对较高, Ce的分布显著高于粒子外部区域;具有复合结构的第二相中所包含的粒子区域, Ti, C含量极高,而Al, Ce含量较低。合金在凝固过程中, TiC粒子作为晶核优先析出, TiAl_3相通过TiC粒子形核,并与游离的Ti, Ce发生包晶反应生成Ti_2Al_(20)Ce相,多余Ce原子会与晶界处的TiC, TiAl_3的复合粒子反应生成TiC, Ti_2Al_(20)Ce复合粒子。含Ti, C, Ce的复合粒子作为领先相优先析出,细化Al-Ti-C-Ce母合金晶粒。     

薄板坯连铸连轧生产Ti微合金化钢的强化机理

为了阐明薄板坯连铸连轧生产Ti微合金化钢的强化机理,通过电镜和化学相分析等实验手段对Ti含量不同的集装箱板进行了研究,结果表明,连轧前钢中尺寸为几十纳米的方形TiN粒子已基本析出,连轧及其后的低温阶段钢中形成纳米尺寸的弥散的TiC析出物,降低了Fe3C的质量分数.小于10 nm的TiC粒子是Ti微合金化钢屈服强度显著提高的主要原因.