材料加工组织性能控制(第四章).ppt

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1、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)。影响钢的塑性。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。图4

2、-1中碳化物和氮化物的溶度积特点：TiN：VC：NbC和TiC：(2)晶格结构特点；(3)氮化物与碳化物的比较；(4)含钛钢：首先形成氮化钛。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。对晶粒的细化作用：4.2控制轧制过程中微合金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1200C，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。1260C：保温30m

3、in，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。出炉后尚未变形加热1200C，分别冷到1050C、930C、820C，钢中析出物数量与1200C时未固溶的量相当。(3)在变形奥氏体中：图4-3钢中析出Nb量与变形变量和变形后停留时间的关系Nb(P)：在沉淀相中的Nb量占钢种Nb量的%■为未变形的奥氏体；∆为形变量43%；○为形变量73%在900C变形后Nb(C、N)析出的质点：30～50Å；9001000C：约为50125Å；在1000～1200C：为115～270Å。析出质点大小与与变形温度

4、、保温时间有关。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1050C）: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900800C）：加大了铌的析出速度,析出颗粒细（50100Å）。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。（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，1015％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碳氮化物在和中的溶

5、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。4.2.2影响Nb(C、N)析出的因素(1)变形量和析出时间图4-6在含有0.06%C、0.041%Nb和0.0040%N的钢中，变形量对沉淀的影响1-67%变形；2-50%变形；3-33%变形；4-17%变形随变形量增加，析出量增加。开始随时间增长而增加，但很快达到饱和。(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

6、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900C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

7、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1050-1100C，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。NbVTi高度弥散的碳氮化物小颗粒，对奥氏体晶界起固定作用，阻止晶界迁移，阻止晶界长大。图4-10铌对三种基本成分相同钢的奥氏体晶粒度的影响（1h，加热到1250C)4.3.2再结晶的延迟(1)微合金元素的作用图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

8、晶开始时间