V%28C%2CN%29在V-N微合金非调质钢奥氏体中的析出动力学.pdf
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1、 第卷第期上海金属,年月,基 金 项 目:国 家 重 点 研 发 计 划()作 者 简 介:王 云 龙,男,博 士,主 要 从 事 微 合 金 非 调 质 钢 的 研 究,:通 信 作 者:余 伟,男,研 究 员,:(,)在微 合 金 非 调 质 钢 奥 氏 体 中 的 析 出 动 力 学王 云 龙张雄余伟陈 银 莉(北 京 科 技 大 学 工 程 技 术 研 究 院,北 京;北 京 科 技 大 学 钢 铁 共 性 技 术 协 同 创 新 中 心,北 京)【摘 要】在热 模 拟 试 验 机 上 采 用 应 力 松 弛 法,研 究 了非 调 质 钢 在 、变 形 量 条 件 下 的 析 出时 间
2、温 度(,)曲 线。基 于和提 出 的 应 变 诱 导 析 出 模 型(模 型),建 立 了 等 温 析 出 动 力 学 模 型,计 算 得 到 理 论曲 线。通 过 与 试 验曲 线 比 较,得 出 模 型 对 钢 的 析 出 鼻 尖 温 度、析 出 开 始时 间 和 结 束 时 间 的 预 测 较 为 精 准。采 用“时 间 补 偿 法”建 立 了 连 续 冷 却 析 出 动 力 学 模 型,计 算出 连 续 冷 却 过 程 析 出 相 的 体 积 分 数 和 平 均 尺 寸,与 透 射 电 子 显 微 镜 和 能 谱 分 析 结 果 基 本 一 致,而 且 冷 速 的 增 大 可 抑 制
3、 钒 的 析 出,细 化 析 出 相,表 明 模 型 可 以 准 确 地 预 测 钒 微 合 金 非 调 质 钢 的连 续 冷 却 析 出 过 程。最 后,通 过 析 出 强 化 增 量 计 算 得 出,(,)析 出 强 化 对非 调 质钢 强 度 的 贡 献 较 大。【关 键 词】非 调 质 钢,碳 氮 化 钒,连 续 冷 却,析 出 动 力 学中 图 分 类 号:文 章 编 号:()(,)(,;,)【】()(),“”,;,第期王 云 龙 等:(,)在微 合 金 非 调 质 钢 奥 氏 体 中 的 析 出 动 力 学 ,(,)【】,非 调 质 钢 是 在 中 碳 碳 素 结 构 钢 或 低
4、合 金 钢 中加 入 微 合 金 元 素(主 要 是、和),使 之 在 锻造 或 轧 制 状 态 就 具 有 良 好 的 综 合 力 学 性 能。与 调质 钢 相 比,非 调 质 钢 具 有 简 化 生 产 工 艺 流 程、提 高成 材 率、降 低 能 耗 和 制 造 成 本、减 少 环 境 污 染 等 优点,是 一 种 同 时 满 足 高 性 能 和 低 成 本 要 求 的 环 境友 好 型 钢 种。近 年 来,随 着 轻 量 化 和 绿 色 发展 等 需 求 的 提 出,非 调 质 钢 的 应 用 越 来 越 广 泛,特别 是 在 汽 车 前 轴、转 向 节 等 对 强 度 要 求 高 的
5、 关 键零 部 件 中。非 调 质 钢 常 用 的 合 金 元 素 有、等,其 中元 素 的 应 用 较 为 广 泛。元 素 是 一种 既 可 以 被 控 制 在 奥 氏 体 向 铁 素 体 转 变 过 程 的 相间 析 出,又 可 以 被 控 制 在 铁 素 体 中 析 出 的 微 合 金化 元 素。同 时 奥 氏 体 未 再 结 晶 区 的 变 形 能 够 对的 析 出 起 诱 导 作 用,形 变 诱 导 碳 氮 化 钒 析 出 相可 以 钉 扎 位 错 和 亚 结 构,为 奥 氏 体 向 铁 素 体 转 变在 组 织 上 提 供 有 利 条 件;还 能 促 进 奥 氏 体 的晶 粒 细
6、化 和 铁 素 体 的 沉 淀 强 化,有 效 提 高 材 料的 强 度 和 韧 性。因 此 为 了 准 确 预 测 非 调 质 钢 热轧 后 的 组 织 和 性 能,有 必 要 建 立的 第 二 相 析 出模 型。目 前,研 究 碳 氮 化 物 析 出 方 法 主 要 集 中在 连 续 冷 却 析 出 和 等 温 析 出。连 续 冷 却 析 出 方 法 较为 复 杂 且 对 数 据 依 赖 性 强,等 温 析 出 应 力 松 弛 方 法测 得 的曲 线 因 具 有 灵 敏 度 高、省 时、操 作 简 单 等优 点 而 被 广 泛 使 用,但 其 建 立 的 等 温 析 出 动 力 学模 型
7、局 限 于 理 想 等 温 状 态 不 具 有 实 际 意 义。本 文 以 铁 素 体珠 光 体 组 织 为 主 的亚 共 析 钢 为 研 究 对 象,采 用 应 力 松 弛 法,结 合曲 线 和“时 间 补 偿 法”建 立 了 等 温 析 出 动 力 学 模型 和 连 续 冷 却 析 出 动 力 学 模 型,研 究 了 热 变 形 对连 续 冷 却 过 程 中 碳 氮 化 钒 析 出 量 和 尺 寸 的 影 响,这 对 该 钢 实 际 生 产 具 有 一 定 的 理 论 指 导 意 义。试 验 材 料 及 方 法试 验 材 料 采 用 企 业 生 产 的非 调 质钢 棒 材,其 化 学 成
8、分 如 表所 示。表试 验 钢 的 化 学 成 分 元 素质 量 分 数 图为 采 用热 力 学 软 件 计 算 的平 衡 态 下 试 验 钢 中(,)析 出 的 摩 尔 分 数 随 温度 的 变 化 曲 线,得 出(,)开 始 析 出 温 度 为 ,在 时 析 出 速 率 最 快。在热 模 拟 试 验 机 上 进 行 应 力 松 弛 试验,具 体 工 艺 方 案 如 图所 示。将 试 验 钢 分 别 加工 为 和 的 圆 柱体。将 试 样 加 热 至 保 温 进 行 奥 氏体 化 处 理,随 后 以 的 速 率 分 别 冷 却 至、,进 行 压 缩 变 形,变 形 量 分 别为、及,应 变
9、速 率 为 ,变 形前 停 留。变 形 后 温 度、应 变 均 保 持 恒 定,保 温。图热 力 学 计 算 的 试 验 钢 中(,)析 出 的摩 尔 分 数 随 温 度 的 变 化 曲 线 (,)上海金属第卷图应 力 松 弛 试 验 工 艺 曲 线 利 用软 件 处 理 不 同 温 度 下 的 应 力 松 弛曲 线,通 过 切 线 法 测 得 各 温 度 下 第 二 相 粒 子 的 析出 开 始 时 间()和 析 出 结 束 时 间(),结 合 试 验数 据 绘 制 试 验 钢 在 不 同 应 变 量 下 的曲 线。在热 模 拟 试 验 机 上 进 行 动 态 连续 冷 却 转 变 试 验,
10、得 到 试 验 钢 的 动 态 连 续 冷 却 转变(,)曲 线,工 艺 方 案 如 图所 示。将 的 哑 铃状 试 样 以 的 速 率 升 温 到 ,保 温后,以 的 速 率 降 温 至,压 缩 变 形,变 形 速 率 为 ,变 形 后 停 留,以 消除 试 样 内 部 的 温 度 梯 度,然 后 分 别 以 的 速 率 冷 却 至 室 温。将 冷 速 为 和 的 动 态压 缩试 验 试 样 沿 纵 向 切 开,利 用 碳 萃 取 复 型 方 法 将 试图动 态 连 续 冷 却()试 验 方 案 样 中 的 析 出 相 从 基 体 中 分 离 出 来,然 后 采 用型 配 备 能 谱 分 析
11、 仪(,)的 透 射 电 子 显 微 镜(,)进 行 观 察和 能 谱 分 析。试 验 结 果 及 讨 论 曲 线 的 测 定 及 分 析图为 应 变 量 为 时 试 验 钢 在和下 的 应 力 松 弛 曲 线。可 见 曲 线 有 平 台 或 缓 慢 下降 的 趋 势,这 是 在 应 变 诱 导 的 作 用 下,第 二 相 开 始缓 慢 析 出,析 出 的 第 二 相 会 对 基 体 产 生 沉 淀 强 化作 用,从 而 使 基 体 强 度 提 高。试 验 钢 在 不 同 应 变量 条 件 下 的 析 出时 间温 度()曲 线 如 图所 示。图应 变 量 为 时 试 验 钢 在()和()下 的
12、 应 力 松 弛 曲 线 ()()由 图可 知,试 验 钢 在 不 同 应 变 量 条 件 下 的曲 线 均 呈“”形,这 是 由 于 在 高 温 下 析 出 相的 形 核 率 由 其 相 变 自 由 能 和 核 心 元 素 的 扩 散 激 活能 决 定。因 此,在 一 定 温 度 范 围 内,第 二 相 形 核 率主 要 受 相 变 自 由 能 的 影 响,而 相 变 自 由 能 随 温 度的 降 低 而 逐 渐 增 大,因 此 第 二 相 的 形 核 率 增 大;但是 随 着 温 度 的 降 低,第 二 相 形 成 元素 如、等 的 扩 散 能 力 也 会 逐 渐 降 低,使第期王 云 龙
13、 等:(,)在微 合 金 非 调 质 钢 奥 氏 体 中 的 析 出 动 力 学 图试 验 钢 在 不 同 应 变 量 条 件 下 的曲 线 第 二 相 的 形 核 率 逐 渐 降 低。两 者 共 同 作 用 导 致 某一 温 度 下 的 形 核 率 达 到 最 大 值,该 温 度 称 为 鼻 尖温 度,此 时 第 二 相 的 析 出 速 率 最 快。试 验 钢 在 不 同 应 变 量 和 变 形 温 度 下 的 析 出 开始 时 间 与 析 出 结 束 时 间 均 不 同。试 验 钢 在 不 同 应变 量 条 件 下 第 二 相 析 出 的 最 短 孕 育 时 间,即“”曲 线 的 鼻 尖
14、温 度 均 为 。应 变 量 为 时,第 二 相 最 快 析 出 开 始 时 间 约 为 ,析 出 结束 时 间 约 为 ;应 变 量 为 时,第 二 相 最 快析 出 开 始 时 间 约 为 ,析 出 结 束 时 间 约 为 ;应 变 量 为 时,第 二 相 最 快 析 出 开 始 时间 约 为 ,析 出 结 束 时 间 约 为 。由 此可 知,随 着 应 变 量 的 增 大,第 二 相 析 出 开 始 时 间 缩短,析 出 孕 育 期 减 少。等 温 析 出 动 力 学和提 出 的 应 变 诱 导 析 出 模 型(模 型)使 用 较 为 广 泛,模 型 综 合 考 虑 了 热变 形 过 程
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- 28 CN 29 合金 非调质钢 奥氏体 中的 析出 动力学
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