微合金化钢筋中V、Nb析出行为研究

发布时间：2017-10-29 19:26

  本文关键词：微合金化钢筋中V、Nb析出行为研究

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【摘要】：本文采用理论计算与应力松弛试验相结合的方法对微合金元素V和Nb在钢筋中的固溶和析出行为进行了详细地研究。应力松弛试验采用三种钢:1#钢不含微合金元素V或Nb,2#钢含有单一微合金元素V,3#钢同时含有V和Nb两种微合金元素。应力松弛试验中的压缩变形量分别取20%、50%和70%。1#钢和2#钢的变形温度区间为800℃~950℃,3#钢的变形温度区间为850℃~1050℃。根据应力松弛试验结果可以分别绘制出2#钢和3#钢在不同变形量下的析出百分数-温度-时间曲线,即PTT曲线。结果显示2#钢和3#钢的PTT曲线都有明显的“C”型特征,即存在第二相的最佳析出温度与最快开始析出时间。在三种压缩变形量下,2#钢得到的第二相最快开始析出时间分别为8.05s、7.55s和3.15s,最佳析出温度分别为830℃、850℃和850℃;3#钢得到的第二相最快开始析出时间分别为6.75s、2.55s和1.75s,最佳析出温度均为900℃。对应力松弛试验后的样品进行显微组织观察后发现:在同一温度下,试样的晶粒尺寸随着压缩变形量增大而减小;在同一变形量下,晶粒尺寸随着压缩温度降低而减小。随着压缩变形量的增大,钢中析出的第二相的尺寸逐渐减小,其数量随着变形量的增大而增多。此外,含有V和Nb复合微合金元素的3#钢应力松弛试验后的室温组织更加细小,晶粒细化效果更明显,析出相的数量也更多。在不考虑Wangner系数的影响下,理论计算得出2#钢的第二相全固溶温度是1000.29℃,3#钢的第二相全固溶温度是1224.38℃。在进行热模拟试验时,均热温度分别选取1150℃和1250℃可以保证第二相全部溶于基体中。此外,Nb含量变化对第二相全固溶温度的影响非常显著,增加钢中的Nb含量可以提高第二相的全固溶温度,使第二相的析出温度更高,在高温轧制过程中析出阻止奥氏体晶粒长大。热力学计算结果显示Nb在奥氏体中的固溶度相当低,几乎可以从奥氏体中全部析出,而V在奥氏体中的固溶度较大,可以部分溶于奥氏体中。微合金元素只有以第二相的形式从基体中析出,才能发挥其最大的作用。对V元素在钢中的利率用进行计算发现,在一定温度下,V元素的利用率存在最大值。因此进行热力学计算可以为钢材成分设计提供帮助,充分发挥微合金元素的作用,节约生产成本。对碳氮化物的应力诱导析出行为进行理论计算,得到的2#钢和3#钢的理论PTT曲线比应力松弛试验得到的PTT曲线略偏右,但整体变化趋势一致,随着压缩变形量增加,第二相的最快析出时间减小。借助已知的公式对第二相在钢中的沉淀相变自由能和PTT曲线进行计算,可以为钢材的轧制工艺提供理论帮助。
【关键词】：微合金元素 应力松弛 第二相 热力学 动力学
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 微合金钢的强韧化理论10-11
• 1.2.1 细晶强化10
• 1.2.2 固溶强化10
• 1.2.3 沉淀强化10-11
• 1.3 常用的微合金元素及其作用11-14
• 1.3.1 钒在钢中的作用13
• 1.3.2 铌在钢中的作用13-14
• 1.4 微合金钢的控轧与控冷技术14-15
• 1.5 微合金钢中第二相析出的热动力学研究现状15-19
• 1.5.1 第二相析出热力学研究现状15-16
• 1.5.2 第二相析出动力学研究现状16-19
• 1.6 本文研究的意义及内容19-21
• 1.6.1 研究意义19
• 1.6.2 研究内容19-21
• 2 试验材料及方法21-25
• 2.1 试验材料21
• 2.2 试验方法及设备21-25
• 2.2.1 金相试验21
• 2.2.2 热膨胀试验21-22
• 2.2.3 应力松弛试验22-24
• 2.2.4 析出相观察24-25
• 3 试验结果及分析25-45
• 3.1 原始金相组织观察25-26
• 3.2 热膨胀试验结果26-27
• 3.3 应力松弛试验结果27-37
• 3.3.1 HRB400钢应力松弛试验结果27-28
• 3.3.2 HRB500钢应力松弛试验结果28-32
• 3.3.3 Nb-V钢应力松弛试验结果32-37
• 3.4 应力松弛试验后的金相组织观察37-43
• 3.4.1 HRB500钢37-39
• 3.4.2 Nb-V钢39-43
• 3.5 应力松弛试验后的析出相观察43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 碳氮化物热力学计算及其对性能的影响45-67
• 4.1 前言45
• 4.2 HRB500钢45-55
• 4.2.1 热力学计算45-48
• 4.2.2 微合金元素对热力学计算结果的影响48-53
• 4.2.3 微合金元素对钢材理论强度的影响53-55
• 4.3 Nb-V钢55-65
• 4.3.1 热力学计算55-58
• 4.3.2 微合金元素对热力学计算结果的影响58-63
• 4.3.3 微合金元素对钢材理论强度的影响63-64
• 4.3.4 V元素的利用率计算64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 5 微合金钢碳氮化物动力学计算67-75
• 5.1 前言67
• 5.2 沉淀相变自由能计算67-70
• 5.3 碳氮化物的应力诱导析出行为研究70-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 结论75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-85
• 附录85
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文85

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本文编号：1114369