V-Ti复合微合金化N80非调质油套管钢碳氮化物析出热力学研究

基于规则溶液的双亚点阵模型建立了V-Ti复合微合金化N80非调质油套管钢中复合碳氮化物(V_x,Ti_(1-x))(C_yN_(1-y))的析出热力学模型,计算了不同温度(750~1500℃)下N80钢中碳氮化物析出相的体积分数、奥氏体及析出相的化学成分。结果表明,复合碳氮化物(V_x,Ti_(1-x))(C_yN_(1-y))的析出开始温度为1470℃,最大析出量可达到2.0×10~(-4)。微合金元素的析出次序是TiN→(TiV)(CN)→VC,在高温阶段的析出相主要以富Ti微量V的氮化物为主,而在低温阶段析出相主要以富V复合碳化物为主。     

微合金元素Nb,Mo在应变诱导析出过程中的相互作用

运用热模拟技术和透射电子显微镜,研究了C-Mo、C-Ti-Mo和C-Nb-Mo三种简单成分钢奥氏体变形后松弛过程中微合金元素Nb、Mo在析出物中的相瓦作用.结果表明:在850℃变形后松弛1000 s.三种钢均保持了奥氏体状态,但C-Ti-Mo和C-Nb-Mo钢有析出发生,能谱分析显示析出颗粒分别是Ti(C,N)和含Mo的Nb(C,N).微合金元素Mo与Nb有较强的相互作用,在Nb(C,N)析出后,Mo可能溶入Nb(C,N)的析出颗粒之中.     

Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出的动力学

根据多元复合析出相的固溶析出理论和经典形核长大动力学理论,计算了Ti-V-Mo复合微合金钢中(Ti,V,Mo)C在奥氏体(γ)和铁素体(α)中沉淀析出的形核参量、析出-时间-温度(PTT)曲线、形核率-温度(Nr T)曲线,并探讨了奥氏体中形变储能和形变诱导析出量对(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出动力学的影响。结果表明,复合析出相(Ti,V,Mo)C在γ/α中沉淀析出的PTT曲线呈典型的"C"曲线形状,而Nr T曲线表现为典型的反"C"曲线形状,(Ti,V,Mo)C在γ中的最快析出温度为1020~1050℃。增加γ的形变储能,使(Ti,V,Mo)C在γ中沉淀析出的PTT曲线向左上方移动。增加γ中(Ti,V,Mo)C沉淀析出的形变诱导析出量,使(Ti,V,Mo)C在α中沉淀析出的Nr T曲线向右下方移动,经计算可知,(Ti,V,Mo)C在α中的最大形核率温度在630~650℃,理论计算结果和实验结果吻合较好。     

碳氮化物在含Mo低合金钢中的析出行为及其计算机仿真分析

以含Mo低合金钢为对象,利用计算机仿真技术,建立热处理过程中碳氮化物析出行为热力学模型,采用Thermo-Calc软件模拟微合金元素的变化规律。结果表明,Mo元素可以显著地提高复合碳氮化物的析出温度,降低间隙元素和微合金元素的活度,所建立的热力学模型准确度较高。     

Nb对钠冷快堆包壳用15-15Ti奥氏体不锈钢组织和拉伸性能的影响

使用OM、SEM和TEM等方法研究了0~0.46wt.%Nb对固溶态和时效态15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢(15-15Ti)中析出相类型、形貌及其分布的影响。结果表明,Nb取代了(Ti,Mo)C相中部分Ti、Mo原子,在0.21wt.%Nb和0.46wt.%Nb合金中形成富Nb的(Nb,Ti)C相,而且Nb含量的增加使固溶态的奥氏体基体组织细化。在850 ℃时效1000h后,组织中有sigma相、MC碳化物析出,Nb的增加促进了 Nb、Mo元素在sigma相中的富集,促使sigma相更为细小、弥散析出。固溶态和时效态试样的室温、650 ℃拉伸结果表明,在0~0.46 wt.% Nb范围内,Nb含量的增加对固溶态合金室温和高温拉伸性能影响较小,而Nb促进析出的sigma相对时效态合金的拉伸性能影响较小。     

低碳钢中微合金元素Nb,Mo在析出过程中的相互作用

运用热模拟技术和TEM分析法,研究了C-Ti-Mo和C-Nb-Mo两种简单成分钢奥氏体变形后弛豫过程中微合金元素Nb,Mo在析出物中的相互作用.结果表明:在850℃变形后弛豫1000s,C-Ti-Mo和C-Nb-Mo钢均保持了奥氏体状态且两种简单成分钢中均有析出发生,能谱分析显示析出颗粒分别是Ti(C,N)和含Mo的Nb(C,N).微合金元素Mo与Nb有较强的相互作用,在Nb(C,N)析出后,Mo可能溶入Nb(C,N)的析出颗粒之中.     

低碳钢中微合金元素Nb，Mo在析出过程中的相互作用

运用热模拟技术和TEM分析法，研究了C-Ti．Mo和C-Nb-Mo两种简单成分钢奥氏体变形后弛豫过程中微合金元素Nb，Mo在析出物中的相互作用。结果表明：在850℃变形后弛豫1000s，C-Ti-Mo和C-Nb-Mo钢均保持了奥氏体状态且两种简单成分钢中均有析出发生，能谱分析显示析出颗粒分别是Ti（C，N）和含Mo的Nb（C,N）。微合金元素Mo与Nb有较强的相互作用，在Nb（C,D）析出后，Mo可能溶入Nb（C，N）的析出颗粒之中。     

Nb-V复合非调质钢奥氏体晶粒长大行为

研究了一种新型Nb-V复合微合金非调质钢在不同加热温度和保温时间下的奥氏体晶粒长大规律,并与35MnVN非调质钢进行了对比。讨论了微合金元素Nb、V的存在形式及作用机理,并提出了该钢种较合理的加热工艺。试验结果表明,Nb-V复合微合金非调质钢在1280℃和1140℃下,其奥氏体中的Nb、V主要以NbC、VN相形式析出。利用ASTM晶粒度级别等于5.0的临界判据定义Nb-V复合非调质钢奥氏体晶粒长大温度为1150℃,比35MnVN非调质钢粗化温度提高了50℃,表明该钢种在高温加热时具有较好的抗晶粒长大能力,故其开锻前加热温度应控制在1150～1200℃,保温时间30～60min为宜。     

TB17钛合金初生α相对元素重分布和时效析出的影响

对TB17钛合金进行了亚β固溶处理(固溶温度800℃-835℃,固溶时间0.5h-9h),采用电子探针分析了Al、Mo、Nb元素在初生α相和β基体中的分布,研究了合金亚β固溶时初生α相析出、元素重分布规律及其对时效次生相的影响。结果表明,合金亚β温度固溶时以晶内析出针状初生α相为主,晶界析出少量片层状初生α相。初生α相析出量随亚β固溶温度升高而降低,固溶温度高于825℃时基本不析出α相。初生α相尺寸随固溶时间延长而增大,固溶时间超过2h后,初生α相析出量达到稳态。Al元素倾向于在初生α相中富集,Mo和Nb元素则倾向于β基体富集。初生α相中心部位Al元素浓度较高,边缘部位较低,而Mo和Nb元素中心部位则浓度较低,边缘部位较高。增加初生α相析出量,会使β基体Al浓度降低,Mo、Nb元素浓度升高。初生α相较少(2%)时初生α相周围的次生α相以针状或片层状形貌为主,远离初生α相区域的次生α相以似网篮结构为主,初生α相较多(10%)时次生α相均以片层状形貌为主。     

高温合金的强化

正通常采用复杂的合金化,通过固溶强化、第二相强化(时效沉淀强化)和晶界强化的原理达到强化。(1)固溶强化:合金元素(W、Mo、Cr等)加入到镍铁钴高温合金中形成单相奥氏体而强化,其使晶格畸变及降低固溶体中元素的扩散系数来阻止滑移,提高热强性,多元素的作用更显著。(2)第二相强化(时效沉淀析出强化):是高温合金的重要强化方式,通过第二相强化或析出弥散质点     

增强型UNSN08028′合金的析出相及固溶处理

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究了增强型UNS N08028′合金析出相的分布、形貌和种类。基于扩散理论的应用和具体分析,研究了4种不同固溶温度对试验合金析出相的影响,并确定了合理的固溶处理温度。结果表明,试验合金经过锻造后,形成了以大小不均的奥氏体等轴晶为基体,颗粒状和针状σ相连续分布于晶界和弥散分布于晶内的组织;Mo在γ-铁中的扩散速度决定着σ相的溶解时间,经过1155℃、2 h的固溶处理后,σ相已大部分溶解,试验合金基本形成了单相奥氏体组织。     

V-Ti微合金钢热变形过程中复合微合金析出相的形成机制

通过对V-Ti微合金钢平衡析出相的微合金含量的热力学预测以及对热变形过程中析出相的电镜观察和能谱分析,研究了热变形过程中微合金析出相的组成及其形成机制.结果表明,奥氏体热变形过程中的微合金析出相自从基体中沉淀出来,就是复合析出相（Ti,V）（C,N）,并且随形变温度的降低,复合析出相（Ti,V）（C,N）中Ti含量减少而V含量增多,析出相的成分存在一定差异.     

亚临界热处理Cr13Mn3MoV2高铬铸铁的硬化行为和耐磨性

研究了Cr13Mn3MoV2高铬铸铁在亚临界处理时的硬化行为和耐磨性。研究表明，通过亚临界热处理可以使含有大量残留奥氏体的高铬铸铁产生二次硬化，从而提高高铬铸铁的硬度和耐磨性。利用合金热力学理论计算了奥氏体中碳的活度，固溶于奥氏体中的Mo和V会降低奥氏体中C的活度，对C在亚临界热处理过程中扩散的阻碍作用，所以与没有添加Mo和V的高铬铸铁比较，添加Mo和V的高铬铸铁二次硬化峰的出现需要更长的保温时间。添加Mo和V的高铬铸铁在亚临界热处理时除了二次碳化物（Fe，Cr）23C6的析出外，还有Mo2C和VCr2C2碳化物析出，有效地提高了合金抗磨料磨损能力。     

Laves相析出对P92钢合金元素再分布的影响

对P92钢进行650℃,0~5000h时效实验,采用萃取复型和电化学萃取2种方法分离时效样品中的沉淀相,采用电感耦合等离子体发射光谱仪和EDS测定萃取物中合金元素的含量,揭示Laves相析出引起的合金元素再分布规律.利用Brinell硬度计测试P92钢时效过程中的硬度变化.根据合金元素再分布特性,建立基体溶质原子贫化损伤演化方程,采用基于物理本质的CDM模型评价其析出对P92钢蠕变寿命的影响.结果表明,时效前P92钢中约86%的W和Mo固溶于基体,剩余的14%分配在M23C6中.P92钢时效过程中由于Laves相析出发生合金元素的迁移,其析出主要夺取基体中的W和Mo原子,对时效前已析出的M23C6和MX相的成分影响很小.Laves相完全析出后,基体中W和Mo的分配量均降至50%左右.Laves相的析出还消耗基体的一部分Cr,使其分配量减少约3.6%.Laves相析出明显削弱溶质原子的固溶硬化作用,CDM计算表明,其析出使P92钢在650℃,100MPa下的蠕变寿命缩短24%左右.     

微量合金元素Ti、Zr对Mo金性能和显微组织的影响

采用粉末冶金法制备Mo-Zr、Mo-Ti合金,研究了Zr、Ti的添加方式及添加量对Mo的拉伸性能和显微组织的影响。结果表明,添加合金元素Zr、Ti大大提高了Mo的力学性能。合金元素Zr以纯Zr形式加入较以ZrH2形式为佳,其添加量在0.1%（质量分数,下同）时,合金性能最高。元素Zr仅有极少部分固溶到Mo基体中,大部分与合金中少量氧结合以ZrO2粒子相存在。合金元素Ti则以TiH2的方式添加为佳,添加量为0.8%时合金性能最高。元素Ti一部分固溶到Mo基体中,另一部分与Mo及合金中的少量氧结合以MoxTiyOz复合氧化物粒子相存在。     

微量合金元素Ti、Zr对Mo合金性能和显微组织的影响

采用粉末冶金法制备Mo-Zr、Mo-Ti合金,研究了Zr、Ti的添加方式及添加量对Mo的拉伸性能和显微组织的影响.结果表明,添加合金元素Zr、Ti大大提高了Mo的力学性能.合金元素Zr以纯Zr形式加入较以ZrH2形式为佳,其添加量在0.1%(质量分数,下同)时,合金性能最高.元素Zr仅有极少部分固溶到Mo基体中,大部分与合金中少量氧结合以ZrO2粒子相存在.合金元素Ti则以TiH2的方式添加为佳,添加量为0.8%时合金性能最高.元素Ti一部分固溶到Mo基体中,另一部分与Mo及合金中的少量氧结合以MoxTiO2复合氧化物粒子相存在.     

合金元素对β-γTiAl合金热处理组织的影响

以Ti-Al-M三元合金(M为V、Mo强β相稳定元素)为对象,研究了合金元素V、Mo、Al对其铸态组织以及不同热处理条件下显微组织的影响。增加β相稳定元素可以将β相保留在室温,但是仅通过降低Al含量而获得β相凝固合金(Ti-38Al),铸态组织中不含β/B2相。Al含量较高时,添加β相稳定元素仍不能消除枝晶偏析。在合金淬火组织中,增加V、Mo元素或者降低Al元素含量可以发生马氏体转变。在双步热处理过程中,由于1320℃淬火的过饱和作用,Ti-Al-Mo合金经过1200℃随炉冷却后,组织内将会同时析出β相和γ相,形成β+γ的混合组织。     

新型耐热钢P92焊缝金属微观组织研究

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X-射线衍射分析等方法,研究了新型耐热钢P92钢焊缝金属的微观组织特征。结果表明:P92钢焊缝金属组织由马氏体、残余奥氏体和析出相组成,其马氏体板条束和马氏体板条尺寸都比较大,残余奥氏体含量远低于正火态P92钢组织中的含量,而析出相主要为V/Nb(C,N)、Fe3C和M23C6,其中M23C6含有多量W、Mo合金元素。     

Co-9Al-(9－x)W-xMo-2Ta-0.02B (x=4,9)合金的显微组织与高低温拉伸性能

以Co基高温合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础,分别添加了4at%和9at%的Mo元素替代W(使W+Mo含量为9at%),用电弧熔炼法制备了Co-9Al-xMo-(9-x)W-2Ta-0.02B合金(x=4,9),分别称为4Mo和9Mo合金,研究了Mo含量及时效温度对合金相组成、显微组织形貌和高低温拉伸性能的影响。结果表明:铸态合金由Co的固溶体γ相基体和金属间化合物γ’相Co3(Al,Me)组成(其中Me为合金元素W、Mo、Ta),γ’相位于γ相界。1350℃/8h固溶+800℃/100h时效处理的4Mo合金γ相中均匀析出了与之共格并规则排列的立方形γ’相Co3(Al,Me),γ’相尺寸为200～300nm;9Mo合金析出大量胞状和针状的к-Co3Mo相以及少量的γ’相。1350℃/8h固溶+900℃/100h时效处理时4Mo合金的γ/γ’共格组织中也析出微量针状к-Co3Mo相,而9Mo合金中的针状相明显粗化。4Mo合金的高低温抗拉伸强度与塑性均高于9Mo合金,合金在600℃以上发生反常屈服。     

循环加热.淬火工艺下超细晶奥氏体的晶粒演变特征

分别利用含Nb钢和Nb-V-Ti钢研究了循环加热-淬火工艺下原始组织分别为温轧铁素体/珠光体、温轧回火马氏体以及常规铁素体/贝氏体的热模拟试样在不同循环次数条件下所获得的超细晶奥氏体晶粒的演变特征。研究表明:复合微合金化更有利于该工艺下奥氏体晶粒的超细化,且相比之下以温轧铁素体/珠光体为原始组织更有利于获得超细晶奥氏体,利用这一原始组织在3~4次循环加热-淬火处理后得到奥氏体晶粒尺寸在1~2μm;同样原始组织条件下,单纯添加Nb使得实现最大程度奥氏体晶粒超细化效果所需要的循环加热-淬火次数减少;根据Nb-V-Ti复合微合金钢中析出相粒子的透射及能谱分析发现,V的大量固溶以及Nb的部分溶解很大程度上决定着微合金元素添加对奥氏体晶粒超细化的影响程度。