外加纳米粒子技术在非调质钢35MnVS中应用的基础研究

发布时间：2020-10-18 08:40

　　 我国钢铁企业生产出来的非调质钢往往因铁素体晶粒粗大,使得零件出现组织和性能不均匀的问题,严重影响非调质钢的使用。钢中外加纳米粒子技术可以降低钢中夹杂物尺寸,促进夹杂物诱导针状铁素体形核,有效细化微观组织。本研究将外加纳米粒子技术成功应用于非调质钢的生产制备过程,有效解决了非调质钢晶粒粗大的问题,并在此基础上对钢中纳米粒子收得率、针状铁素体诱导核心类型、外加纳米粒子技术在控轧控冷中的应用等方面进行了研究。首先,本研究在真空感应炉冶炼非调质钢35MnVS过程中,尝试将外加纳米粒子技术应用在非调质试验钢的制备上;在分析了试验钢中纳米粒子收得率的基础上,提出采用磁感应悬浮技术提高钢中外加纳米粒子收得率的方法。研究表明:在真空感应炉冶炼非调质试验钢过程中,应用外加纳米粒子技术后,其夹杂物尺寸得到有效细化,夹杂物诱导产生了针状铁素体组织,微观组织类型得到初步改善;应用磁感应悬浮炉制备添加纳米粒子的试验钢,与真空感应炉试验钢相比,钢中Al和Ti元素的收得率分别提高了 24.4%和11.4%,夹杂物类型明显增加,平均尺寸降低了 40.0%,钢中夹杂物诱导针状铁素体的形核率接近100%,针状铁素体成为钢中主要微观组织类型。其次,借助高温共聚焦显微镜,系统分析了试验钢冷却过程中,不同针状铁素体形核核心的析出特点,以及针状铁素体的形核特点;通过调整试验钢凝固过程中的冷却强度,探究了冷却速率对针状铁素体诱导核心形核特点,以及奥氏体晶粒尺寸的影响,并分析了不同冷却强度下的微观组织特征及其形成机理。主要结论如下:针状铁素体的主要异质形核质点包括TiN-MnS夹杂物、残余δ-Fe和MgAl2O4夹杂物,其中TiN-MnS针状铁素体形核率最高,为主要的针状铁素体形核核心;冷却速率为1.25℃/s和5℃/s下的微观组织特征相对较好;不同冷却速率下试验钢微观组织特征差异主要与残余δ-Fe相的特点和奥氏体晶粒大小有关,不同形状和尺寸的残余δ-Fe能够诱导出具有不同生长特征的针状铁素体组织。最后,将外加纳米粒子技术应用于试验钢形变诱导相变强化工艺中,对比双强化试验钢(技术应用后)和单一形变强化试验钢(技术应用前)在微观组织和力学性能上存在的差异,并对形变强化过程关键工艺参数的设置进行了探索,最终提出了形变工艺参数的优化建议。研究表明:外加纳米粒子技术应用前后试验钢中的微观组织类型分别为块状铁素体和针状铁素体,在不同的形变工艺条件下,双强化试验钢的应力峰值均高出单一强化试验钢约50%;奥氏体化温度越低,形变量越大,试验钢中微观组织晶粒尺寸越小;形变温度处于Ad3和Ar3之间时,形变过程铁素体形核获得的驱动力相对较大,铁素体形核率较高。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF76
【部分图文】：

珠光体构成，在某些外在条件改变时，如合金元素含量、冷却强度等，均可??能导致微观组织形貌发生变化。根据形貌的不同，铁素体主要分为块状铁素??体、针状铁素体和网状铁素体三种类型［６］，如图２－１所示。??ｍｍｍ??块状铁素体?针状铁素体?网状铁素体??图２－１不同类型铁素体组织形貌??根据材料强化理论，只有可以阻碍材料内部晶格发生位错运动的因素才??能提高材料的韧性。当材料受到外力发生塑性变形时，在一些晶粒内位错源??－２－??

首先开始运动，产生大量位错并沿滑移面运动。遇到晶界时位错运动受到阻??碍，造成位错塞积，使变形趋于停止。此时塑性变形若要继续，就要求更高??的外加作用力，即提高了材料的韧性。对比图２－１中不同铁素体组织形貌可??知，针状铁素体在三种类型中产生阻碍位错运动发生的力度最大。针状铁素??体是一类从二维角度看呈现针状的晶粒组织，这类组织因其通常具有混杂无??序的结构，从而在增强材料韧性上优于其他微观组织。??需要说明的是，由于铁素体和贝氏体组织在结构和形貌上有很多相似的??特征，因此某些冶金工作者并没有将其很好地进行分别，但不同的组织特征??定会影响其改善材料力学性能的潜能，因此本研宄还是需要将两者进行较好??的区分。贝氏体组织首先是由Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ等人［７］在１９３０年发现，当时一般被??称为拥有针形形状的铁素体

（ａ）针状铁素体?（ｂ）贝氏体??图２－３贝氏体和针状铁素体透射电镜（ＴＥＭ）检测形貌对比??表２－１针状体素体和贝氏体之间的特征对比??针状铁素体?贝氏体??￣形核形式?晶内形核?晶间或晶内形核??形核位置?点状形核质点?大多在奥氏体晶粒表面??形核开始温度?相似??枝晶形状?针状或透镜状?细板条形成束状??生长方向?星状各个方向?平行板条??惰性裂纹扩交互作??鐵＿??图２－４裂纹在不同结构的铁素体组织中传播示意图??当钢中微观组织主要由针状铁素体构成时，铁素体组织的交错复杂性越??高，组织晶粒尺寸越小，其产生阻碍位错运动发生的力度也就越大，该理论??也可以由Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ关系式（２－１）解释。??Ｗ众丨乃：?（２－１）??ａｙ为材料的屈服强度；（ｔｏ为单晶体中位错运动的摩擦阻力；为一个与??材料本质有关而与晶粒直径无关的常数；Ｚ）ＧＢ为晶粒的平均直径；由该公式??可以看出，如果将现有情况下的晶粒平均尺寸（２０ｐｍ）再细化一个数量级，??－４－??
【参考文献】

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5 何沂桂;满廷慧;谭利;詹肇麟;雍岐龙;包耀宗;;锻造工艺对铌-钒微合金非调质钢显微组织的影响[J];机械工程材料;2015年01期

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7 Chao Sun;Shanwu Yang;Guoliang Liu;;Evolution of Microstructures of a Low Carbon Bainitic Steel Held at High Service Temperature[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2014年03期

8 Feng CHAI;Hang SU;Cai-fu YANG;Dong-mei XUE;;Nucleation Behavior Analysis of Intragranular Acicular Ferrite in a Ti-killed C-Mn Steel[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2014年03期

9 王进;褚忠;张琦;;38MnVS6非调质钢两种高温本构模型的对比[J];材料工程;2014年02期

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本文编号：2846073