V和V-N微合金化超细晶钢轧制热模拟研究

摘要

在所有改善钢材性能的手段中，晶粒细化既可以提高强度又不牺牲韧性。已有的研究结果表明，通过在特定温度区域变形可产生形变诱导铁素体相变现象，获得超细的铁素体晶粒；微合金化也可以获得细晶铁素体。在目前的微合金元素中，钒的微合金效果已经得到公认。过去对超细晶钢的研究主要集中在薄板轧制领域，将形变诱导铁素体相变和钒微合金化与中厚板生产相结合的研究对我国钢铁生产企业具有重大意义。 本实验以0.1％C-1.0％Mn的低碳钢为基础熔炼了4种不同钒、氮含量的实验用钢，通过实验室模拟的方法对4个钢种试样进行单道次和多道次热压缩变形，并对变形试样进行了光学显微镜和透射电镜下的显微组织观察。单道次变形实验在Ae3～Ar3点温度范围内进行，用来考察变形量、变形温度、变形速率等变形参数和合金元素对形变诱导铁素体相变的影响；在奥氏体/铁素体两相区进行了多道次变形用来模拟中厚钢板的轧制过程，考察多道次变形过程中各钢种的组织演变、碳氮化物析出规律和变形后的组织稳定性。所得主要结论如下： 1.实验用合金钢都可以通过形变诱导铁素体相变的方法得到超细的铁素体晶粒。大变形所导致的铁素体细化是γ/α动态相变和铁素体动态再结晶共同作用的结果。 2.本实验条件下合金元素钒与氮对γ/α静态相变没有影响，但它们在变形过程中对γ/α动态相变有很大的影响。固溶在奥氏体中的钒对γ/α动态相变有抑制作用。随着变形量的增加，在形变诱导析出作用下钒的碳氮化物在变形过程中快速的沉淀，有利于γ/α动态相变的进行。当钒以两种形态同时存在的时候，对γ/α动态相变的正负影响也同时存在。 3.形变诱导铁素体的数量和形态是和变形参数相关的，所有钢种形变诱导铁素体的数量随变形量的增加而增加；形变诱导铁素体晶粒尺寸随着变形前冷速的增加、应变速率的提高而减小；随着钒含量的增加，形变诱导铁素体晶粒尺寸减·Ⅱ·小；钒氮钢具有同高钒钢一样的细化效果，但要求在较低的变形温度范围(760℃～800℃)才有效。 4.在γ/α两相区内对实验合金的过冷奥氏体进行小变形、长时间间隔、慢冷却的多道次变形，可以提高奥氏体向铁素体转变的驱动力，缩短相变的孕育期，促进铁素体相变的发生，但只能发生部分转变。 5.当变形温度较高时，在变形后的道次间隔中，如果诱导出的铁素体含量大于平衡体积分数，有可能发生逆相变，铁素体的数量降低；但随着温度的降低铁素体平衡体积分数的增加在道次间隔时间里还可能发生亚动态相变，铁素体的数量增加。 6.多道次变形过程中低钒钢奥氏体内没有碳氮化物的析出，在铁素体内有析出；高钒钢奥氏体中有少量析出，铁素体内有析出；钒氮钢奥氏体与铁素体内析出数量明显多于前者并出现了大量的氮化物。总体来说，增氮对促进碳氮化物析出的效果要好于增钒。 7.四种钢变形试样冷却到650℃保温1000秒后，铁素体晶粒长大明显，高钒钢铁素体晶粒尺寸最细，尺寸稳定性较好。分析其原因主要是由于该钢种钒的加入量大，形成碳氮化物的体积分数大，粗化温度低，并且由于铁素体晶粒间珠光体的数量较多，这些都有效抑制了细晶铁素体的粗化。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1概述

1.2微合金钢的控制轧制

1.2.1钢材的强化机制

1.2.2微合金元素的作用

1.2.3微合金钢的控制轧制

1.3中厚钢板的控制轧制

1.4形变诱导铁素体(DIFT)相变

1.4.1形变诱导铁素体相变的基本特征

1.4.2形变诱导铁素体相变的伴生相变

1.5.研究内容与意义

1.5.1研究意义

1.5.2研究内容

第二章实验方法

2.1实验材料

2.2热模拟变形实验

2.2.1实验设备

2.2.2单道次压缩实验

2.2.3多道次压缩实验

2.2.4多道次压缩变形后等温实验

2.2.5无压缩变形实验

2.3组织观察

2.3.1金相组织观察

2.3.2透射电子显微镜观察

第三章单道次变形参数对形变诱导铁素体相变的影响

3.1铁素体转变开始温度(Ar3)

3.2变形量对形变诱导铁素体相变的影响

3.3变形前冷速对形变诱导铁素体相变的影响

3.4变形温度对形变诱导铁素体相变的影响

3.5变形速率对形变诱导铁素体相变的影响

3.6讨论

3.6.1钒的作用

3.6.2氮的作用

3.7本章小结

第四章多道次变形参数与合金元素对组织演变的影响

4.1多道次变形过程中组织演变规律

4.2无变形试样与变形试样的比较

4.3合金元素对组织演变的影响

4.3.1微合金元素钒对铁素体相变的影响

4.3.2合金元素氮对铁素体相变的影响

4.4分析与讨论

4.4.1变形温度在多道次变形过程中的作用

4.4.2变形对铁素体相变的影响

4.4.3逆相变与亚动态相变

4.4.4合金元素的作用

4.5本章小结

第五章多道次变形过程中的碳氮化物析出行为

5.1低钒钢多道次变形过程中的析出行为

5.2高钒钢多道次变形过程中的析出行为

5.3钒氮钢多道次变形过程中析出行为

5.4分析与讨论

5.4.1碳氮化物在奥氏体中的析出

5.4.2碳氮化物在铁素体中的析出

5.4.3碳氮化物在三种钢中的比较

5.5本章小结

第六章变形后等温过程组织稳定性

6.1等温后各钢种组织

6.2本章小结

第七章结论

致谢

参考文献