微合金化机制ppt课件.ppt

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1、钢的微合金化机制研究生课程：金属成型过程的组织性能控制主要内容1微合金元素在钢中的存在形式及其作用2微合金碳氮化合物在奥氏体中的沉淀析出3微合金碳氮化合物在铁素体中的沉淀析出4微合金碳氮化合物沉淀析出过程的控制5微合金复相组织钢的研究开发主要内容1微合金元素在钢中的存在形式及其作用2微合金碳氮化合物在奥氏体中的沉淀析出3微合金碳氮化合物在铁素体中的沉淀析出4微合金碳氮化合物沉淀析出过程的控制5微合金复相组织钢的研究开发钢中的元素微合金化元素：铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)、铝(Al)和硼(B)。一般合金化元素：碳(C)、

2、硅(Si)、锰(Mn)，钼(Mo)，铜(Cu)、镍(Ni)和铬(Cr)等。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)等。钢中的微合金化元素合金化的物理本质是通过元素的固溶和固态反应，影响组织和微结构，从而在钢中获得期望的性能；“微合金化”：这些元素在钢中的含量很低，通常低于0.1％，但不同于不需要的残余元素，而是有目的加入，以改善钢材的性能；在钢中实际可利用的微合金元素主要为铌、钒、钛；有效和合理地使用微合金化元素，可以通过形变热处理来提高钢的强度和韧性；了解这些微合金化元素的基本行

3、为，如溶解性、碳氮化物的沉淀析出等行为是非常重要的。1微合金元素的应用年代1801年为Nb的发现纪念日，但真正Nb作为微合金元素用于钢铁工业在1965年微合金元素的潜势铌表现出强烈的形成碳氮化物的倾向，但却呈现出相对小的形成氧化物、硫化物或物的倾向。在这点上铌与钒类似，但对于Ti，在所有的O、N和S被完全消耗完以前，Ti不会形成碳化物。微合金元素在钢中的存在形式Nb、V、Ti在钢中存在形式有两种：固溶和化合物形态。其中，化合物形态分为两种：(1)未溶的化合物(一般为Nb/Ti的化合物)，其尺寸较大，对晶粒细化作用不大；(2

4、)加工过程中以及冷却过程中沉淀析出的化合物。高温时能够抑制再结晶并阻止晶粒长大，低温时起沉淀强化作用。固溶微合金元素作用：溶质“拖曳”微合金元素化合物作用：“钉扎”晶界、位错运动。这两种作用后面讲述……固溶态微合金元素Nb、V、Ti置换晶格某个铁原子的位置的形式，造成晶格畸变微合金碳氮化物一般认为，钛、钒、铌的氮化物和碳化物都是面心立方，晶格常数相差很小，彼此可以互溶。因此，碳、氮化物一般以复合形态存在。理想化学当量配比的纯Nb、V、Ti碳、氮化物点阵常数：微合金碳氮化物存在形式存在形式：在面心立方点阵结构中，正八面体间隙

5、并不都存在C原子，由于C原子缺位，碳化物相不存在严格的化学式。NbC1~0.7；TiC1~0.28；VC1～0.75(一般V4C3)；NbN，TiN，VN；Nb、V复合加入时，碳、氮化物通常表示为：NbxV1-xCyN1-y钢中N/C比越大，碳氮化物中越富氮微合金碳氮化物析出形式高温主要析出物是TiN，随温度降低，析出主要是Nb(C,N)，高温奥氏体中主要析出物是复合的(Ti,Nb)(C,N)。钢中的析出粒子通常为包心特征，高温析出的富Ti、N化合物先形成，后随温度降低依次形成的Nb、V析出相富集在其外部。也就是说，先形成

6、的TiN(或(Ti,Nb)(C,N))可以作为低温析出相的核心。大的立方体形的(TiNb)(CN)上带有小的附生NbC颗粒的二次电子显微照片碳氮化物的固溶度积在微合金钢中，各种化合物在奥氏体和铁素体中的溶解度可用固溶度积表示。对于MpNq，固溶度积可表示为：Lg[M]p[N]q=A-B/T[M]、[N]—化合物各组成元素固溶状态下的质量分数，wt%；p、q—化合物中原子数配比；A、B—常数；T—绝对温度，K。析出物的平衡固溶度积公式在理论研究及实际应用中十分重要。均热温度下以及不同沉淀温度下析出物的沉淀量都可以根据固溶度积

7、公式进行计算。人们通过大量试验测定和热力学推导获得钢中析出物的固溶度积公式，由于试验和推导的基础条件不同，对于同一种析出物所得到的固溶度积公式也不同。碳氮化物在奥氏体中的固溶度积碳氮化物在奥氏体中的固溶度积当析出物富氮时，固溶度积降低！碳氮化物在铁素体中的固溶度积碳氮化物在不同相中的固溶度积比较微合金碳氮化物在奥氏体中溶解度比在铁素体中溶解度高；奥氏体转变为铁素体时，NbC极限溶解度降低了～20倍微合金元素的析出特点每种元素和每种化合物的溶解度积和物理性能的不同，也就存在特性的差别，从而造成每种元素具有各自的特点：钛形成高

8、温下稳定的氮化物，TiN在奥氏体中几乎不溶解。这些氮化钛可在热加工前的再加热过程抑制奥氏体晶粒长大，以及焊接过程中，抑制热影响区奥氏体的晶粒长大。存在TiN形成TiN消除了钢中的自由氮，对钢的韧性是有益的。自由氮(Nf)损害钢的冲击韧脆转变温度(FATT)可根据下面公式算出：30ppm左右的自由氮将使韧