Nb微合金化热轧TRIP钢组织性能_刘杰
第34卷增刊Ⅱ2013年
11月
材料热处理学报
TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENT
Vol．34Supplement Ⅱ
November
2013
Nb 微合金化热轧TＲIP 钢组织性能
刘
杰，郭
佳，姚志强，李
飞
（首钢技术研究院，北京100043）
摘
要：在实验室采用热轧控冷工艺制备了Nb 微合金化热轧TＲIP 钢，并对其进行了力学性能检测，通过光学显微镜、激光共聚
焦显微镜、扫描电镜、EBSD 及X 射线衍射对该钢的组织进行了观察。结果表明：试验钢力学性能为：屈服强度为535 552MPa ，抗拉强度740 745MPa ，屈强比ＲeL /Ｒm 为0.71 0.74，伸长率A 80为28.5% 31.0%；试验钢组织为典型的铁素体、贝氏体、残留奥氏体三相组织，残留奥氏体体积分数为12.3%，EBSD 观察表明残留奥氏体尺寸大多数在1μm 以下。关键词：热轧；
TＲIP 钢；
相变诱导塑性；残留奥氏体
中图分类号：TG142.1
文献标志码：A
文章编号：1009-6264（2013）增刊Ⅱ-0154-05Ｒesearch on microstructure and mechanical properties of Nb
micro-alloying TＲIP steel prepared by hot rolling
LIU Jie ，GUO Jia ，YAO Zhi-qiang ，LI Fei
（Shougang Ｒesearch Institute of Technology ，Beijing 100041，China ）
Abstract ：Microstructure and mechanical properties of Nb micro-alloying TＲIP steel prepared by hot rolling and controlling cooling in laboratory were studied by OP ，LSCM ，SEM ，EBSD and XＲD．The results show that the mechanics properties of experimental TＲIP steel are yield strength of 535－552MPa ，tensile strength of 740－745MPa ，ratio of yield strength to tensile strength of 0.71－0.74，and high elongation of 28.5%－31.0%；The microstructure is composed of ferrite ，bainite and retained austenite．The volume fraction of retained austenite is about 12.3%，
most of retained austenite size is under 1μm by EBSD．Key words ：hot rolling ；TＲIP steel ；transformation induced plasticity ；retained austenite
收稿日期：2013-03-25；修订日期：
2013-06-25
基金项目：高品质特殊钢科技发展“十二五”专项（2012AA03A508）
作者简介：
刘
杰（1978—），女，高级工程师，从事汽车用钢品种开
发的研究，电话：010-
88297534，E-mail ：liujieustb@163．com 。TＲIP （Transformation Induced Plasticity ）钢是在应力作用下室温组织中的残留奥氏体转变为马氏体从
而诱导塑性的钢种，具有塑性高、强度高的特点［1-3］。在汽车工业中，
TＲIP 钢能有效抵御撞击时的塑性变形，
显著提高汽车的安全等级，而且可减轻车重，降低油耗，成为汽车轻量化最具吸引力的钢种之一［4］。TＲIP 钢可用于生产汽车保险杠、保险杠加强筋、撞击
横梁、前后悬架支撑、发动机室两侧的纵梁、底盘结构
件等等。目前冷轧TＲIP 钢板已经在汽车上应用，与冷轧产品的复杂工艺流程以及高成本相比，热轧
TＲIP 钢因其简短的生产工艺和极低的成本越来越被各大钢铁生产厂家重视，随着生产设备的完善和生产
工艺的不断改进，
TＲIP 钢板的工业化生产已成为可能，应用前景更加广阔。
TＲIP 钢是一种低合金高强度复相钢，典型组织
为铁素体、
贝氏体、残留奥氏体［5-7］
。传统TＲIP 钢多
选用C-Si-Mn 合金体系，但此体系由于高的Si 含量使得热轧钢板的表面质量变差。因此，国内外的研究
者开始研究以Al 替代Si 的TＲIP 钢
［5-9］
。Al 元素完全替代Si 后会导致材料强度降低，为了弥补这个不足，本实验采用了以Al 替代部分Si 同时添加Nb 元素的合金体系，采用控制轧制和控制冷却的热轧生产工艺获得Nb 微合金化TＲIP 钢所需的力学性能和多相组织，使得成品热轧TＲIP 钢既具有优异的强韧性又有良好的表面质量。同时，本实验测试了试验钢的相变点，并利用普通光学显微镜、激光共聚焦显微、扫描电镜、
EBSD 以及X 射线衍射对该钢的组织进行了研究，为热轧TＲIP 钢的工业生产提供了参考依据。
1试验材料与方法
采用首钢中试50kg 真空感应炉冶炼、模铸，钢锭
尺寸为100mm ?150mm ?300mm ，试验钢化学成分（质量百分数，%）包括0.20C 、0.6Si 、1.5Mn 、0.8Al 、0.03Nb 、0.009P 、0.004S 。将钢锭缺陷一头去除，剩
增刊Ⅱ刘杰等：Nb 微合金化热轧TＲIP 钢组织性能余部分作为热轧坯料。取坯料加工 6mm ?25mm 的圆柱样进行热膨胀试验，用德国耐驰DIL402C 热膨胀仪测定该钢的相变温度分别为A r1=623?、
A r3=813?。取3块相同成分的热轧坯料进行热轧，加热温度1200?，保温1h 。热轧采用中试550二辊可逆轧机进行，
并采用电动压下和液压APC 控制轧制，轧后进行层流冷却控制：首先将钢板快冷至铁素体相变区，然后空冷，空冷一段时间后再快冷至400?进行卷取，将卷取后钢板置于400?卷取炉中随炉冷却至室温，得到所需的热轧TＲIP 钢板。在Zwick /Ｒoell Z1200万能材料拉伸试验机进行力学性能实验，试验标准GB /T 228.1－2010，试验条件：GB /T 228A224，
GB /T 5028－2008。在DMI5000M 光学显微镜，
LEXT3100激光共聚焦显微镜，JSM-7001F 场发射扫描电镜下进行组织观察。用Bruker D8advance X 射线衍射仪进行残留奥氏体测定，用
JSM-7001F 场发射扫描电镜电子背散射衍射EBSD 观察了残留奥氏体的形态、尺寸和分布。
2
试验结果
2.1
力学性能
将3块热轧成品板沿钢板轧制方向取力学试样，
每块热轧成品板取3根拉伸试样，试样尺寸为：平行段宽20mm 、长100mm 、夹持段宽28mm 、总长400mm ，标距80mm 。力学性能检测取3个试样检
测结果平均值，
结果如表1所示。表1
试验钢力学性能
Table 1
Mechanical properties of the investigated steels
No．ＲeL /MPa Ｒm /MPa A 80/%
n ＲeL /Ｒm Ｒm ?A 80/（MPa ·%）155274531.00.210.74023095254174028.50.200.731210903
535
745
29.5
0.20
0.718
21977
从表1试验钢力学性能结果可以看出：
该试验钢屈服强度ＲeL =535 552MPa ，抗拉强度Ｒm =740 745MPa ，伸长率A 80=28.5% 31.0%，且强塑积Ｒm ?A 80最高达23095MPa ·%，一般高强钢的强塑积约为15000MPa ·%，因此，该钢可用于冲压强度要求高且形状较为复杂的零件。该试验钢加工硬化指数n 值=0.20 0.21，较高的n 值使得材料在变形时更加均匀。
该试验钢屈强比低，为0.71 0.74，而一般析出强化钢屈强比约为0.8 0.9，屈强比高时，会使得冲压成形困难，且成形后零件产生回弹，影响冲压件的形状。
因此，该试验钢强度高、塑性好、屈强比低、强塑积高、而且该试验钢的力学性能值波动小，稳定性好。2.2
组织分析
图1为试验钢厚度1/4处的组织照片，图1（a ）
为试验钢硝酸酒精侵蚀后在普通光学显微镜下的组织照片，可以看到大量的白色多边形铁素体，贝氏体分布于基体上，但残留奥氏体与铁素体均为白色难以分辨。将试验钢金相试样用lepera 试剂侵蚀，在激光共聚焦显微镜下可以看到铁素体呈黑色，灰色为贝氏体，均匀分布的白亮组织为MA 岛，如图1（b ），但马氏体和残留奥氏体无法分辨开来。图1（c ）为试验钢硝酸酒精侵蚀后在扫描电镜下的组织照片，可以看到大量的黑色凹陷状多边形铁素体，贝氏体间凸起的白亮组织可能为残留奥氏体，也可能为贝氏体板条，铁素体与铁素体之间、铁素体与贝氏体之间白亮凸起的组织为残留奥氏体。
用光学显微镜自带图像分析软件对钢中组织进行了百分比统计，结合XＲD 测得的残留奥氏体体积分数，得出该钢各相组织定量结果为：铁素体体积分数为50.7%、贝氏体体积分数为37%、残留奥氏体体积分数为12.3%
。
图1试验钢组织（a ）光学显微镜；（b ）激光共聚焦显微镜；（c ）扫描电镜
Fig．1
Microstructure of the investigated steels
（a ）OM ；（b ）LSCM ；（c ）SEM
5
51
材料热处理学报第34卷
2.3
残留奥氏体定量与观察目前，残留奥氏体的定量测定方法主要有两种：
一种是采用X 射线衍射法进行检测，另一种是基于扫描电镜（SEM ）的电子背散射衍射（EBSD ）技术。X 射线衍射法主要是依照标准YB /T 5338－2006“钢中
残留奥氏体定量测定X 射线衍射法”
，另外，也可采用X 射线衍射Ｒietveld 精修法。电子背散射衍射
（EBSD ）技术是基于扫描电镜（SEM ）中电子束在倾斜的样品表面激发并形成的衍射菊池带的分析来获得晶体学信息的方法。根据残留奥氏体（FCC 结构）与铁素体（BCC 结构）基体结构的不同，通过分析相应的EBSD 菊池衍射花样，对钢中的残留奥氏体定位，并获得相应的百分含量。
图2为根据标准采用X 射线衍射法定量试验钢中残留奥氏体含量时的衍射图谱，计算时马氏体选用（200），（211）两晶面的衍射线，奥氏体选用（200），（220），（311）三晶面的衍射线，组合计算得出试验钢厚度1/4处残留奥氏体百分含量为12.3%
。
图2
试验钢组织的X 射线衍射图谱
Fig．2
X ray diffraction pattern of the investigated steel
为了对试验钢组织中FCC 结构的残留奥氏体相
进行标定，
将试样抛光后，采用EBSD
考察残留奥氏体的形态、
位置及尺寸分布，扫描步长为0.15μm ，并对测得的数据进行分析。
图3为试验钢EBSD 观察到的残留奥氏体（白色标定）。从图中可以清晰看出，残留奥氏体较为均匀地分布在铁素体内部、铁素体与铁素体、铁素体与贝氏体、贝氏体板条之间。铁素体内部、贝氏体板条之间的残留奥氏体极其微小并且呈极细的弥散分布。铁素体与铁素体、铁素体与贝氏体之间的残留奥氏体大多数呈条块状并且均匀分布。尽管很难精确测量残留奥氏体间的粒间距，但是可以看出该试验钢具有较小的残留奥氏体粒间距，而且其分布均匀。
图3
试验钢EBSD 观察的残留奥氏体
Fig．3
Ｒetained austenite of the investigated steel by EBSD
图4为试验钢EBSD 分析的残留奥氏体晶粒尺寸。从图中可以明显看出，大多数残留奥氏体晶粒尺寸在1μm 以下，少量残留奥氏体的晶粒尺寸在1 2μm 之间，极少的大于2μm 。EDSD 测得残留奥氏体体积百分数为5.6%。
图4
试验钢EBSD 分析的残留奥氏体晶粒尺寸Fig．4
Ｒetained austenite grain diameter of the investigated steel by EBSD
2.4分析讨论
2.4.1
力学性能分析讨论
本试验钢强度达到740MPa 强度级别，屈强比低
仅为0.73，而强塑积达到23095MPa ·%，除了与典型的CMnSi 基本成分及控轧控冷工艺有关外，也与该钢中加了Nb 元素有一定关系。Nb 元素可以影响晶界的移动性，有显著的细化晶粒作用，晶粒细化后晶界增加，促进残留奥氏体的形成。微量铌的加入对相变行为有显著的影响，同时对奥氏体中碳的富集也有显著的提升作用，会使碳在残留奥氏体中的浓度升高，提高组织中残留奥氏体的稳定性。另外，本试验钢在透射电镜观察下发现了大量细小弥散分布的碳氮化物粒子存在，析出相粒子的形貌及其能谱图如图
651
形或者圆形，其尺寸较小，多在10 15nm，部分较小析出相粒子的尺寸小于10nm，能谱分析表明，这些析出析出相粒子主要为含Nb的碳氮化物。研究表明，Nb与C和N结合形成小的碳氮化物热轧过程中可明显延迟再结晶，阻止晶粒长大，在随后的过冷奥氏体的铁素体和贝氏体转变中发挥钉扎作用，阻碍晶粒长大，从而明显细化试验钢的组织，起到较强的细晶强化效果，同时，钢中细小的碳氮化物还可以起到一定的析出强化作用，从而明显提高试验钢的强度。
图5试验钢中析出物的透射电镜照片及其能谱Fig．5TEM micrographs and EDS of the precipitates in the
investigated steel
（a）morphology of precipitates；（b）EDS spectrum
CBMM亚洲公司与神户制铁材料研究实验室等对热轧TＲIP钢的研究表明，通过奥氏体的再结晶，Nb的固溶体能有效促进残留奥氏体的再结晶并减小其间距，从而使得含Nb热轧TＲIP钢与传统C-Si-Mn 系热轧TＲIP钢相比具有更加优良的延展性。这一解释与本实验钢中A80=31.0%的高伸长率相吻合［10］。
2.4.2组织分析讨论
试验钢组织为典型的铁素体、贝氏体、残留奥氏体三相组织，各相体积分数配比较为理想。铁素体是定贡献。并且本试验钢组织中的铁素体为多边形铁素体，有利于获得较低的屈服强度。而同等强度级别的析出强化钢通常会增加Cr、Mo等较多的合金元素，组织中的铁素体多为针状铁素体，含有高密度的位错，比多边形铁素体的屈服强度明显提高。这也是该试验钢屈强比低于同等强度级别的析出强化钢的原因。体积百分比37%的贝氏体相为该钢高强度做出了贡献。残留奥氏体体积百分比高达12.3%，作为一种软相，残留奥氏体通过塑性变形可以松弛局部集中的应力，延缓显微裂纹的萌发，阻碍显微裂纹的扩展与长大，扩展中的裂纹遇到残留奥氏体时，会发生转向或者分岔，从而吸收更多的能量使钢的断裂韧性提高［4］。总言之，三相组织各自的优势互补使得该钢不仅有高的强度而且有高的塑性。
本实验通过EBSD测得试验钢的残留奥氏体体体积分数仅为5.6%，远小于XＲD测得的12.3%的体积分数。分析导致两者测得残留奥氏体体积分数偏差较大的原因，主要是因为：
（1）观察区域大小不同。EBSD为微区观察，其观察区域远不及XＲD约1mm范围内的观察区域，故EBSD对残留奥氏体的定量与实际值偏差较大。
（2）检测原理不同。EBSD测试过程中，背散射电子照射到倾斜70?左右的样品表面时，由于大部分残留奥氏体分布于铁素体晶界上，或者有些奥氏体晶粒非常细小，导致这些晶界上细小奥氏体区域菊池衍射花样模糊或者根本解析不出来，最后在图像处理时这些奥氏体区域就被误处理成铁素体晶粒。XＲD定量钢中残留奥氏体属于经典的X射线衍射定量分析方法，利用马氏体（铁素体）的衍射谱线和奥氏体的衍射谱线直接配对计算，直观快速且简便［11］。
（3）选择区域的随机性引起的偏差。
EBSD分析可知钢中残留奥氏体细小均匀分布，晶粒尺寸大多在1μm以下，少量在1 2μm之间，这使得试验钢有较好的伸长率和良好的TＲIP效应。有研究表明残留奥氏体晶粒尺寸不能过大也不能过小，应在0.01 1μm之间，这是因为如果残留奥氏体晶粒尺寸过大将会导致其稳定性差，当发生塑性变形时，其材料在较小的应变下就会发生马氏体相变，得不到良好的力学性能。但残留奥氏体晶粒尺寸也不能太小，当残留奥氏体晶粒尺寸小于0.01μm时，残留奥氏体将会过于稳定，即使在很高的应变下残留奥氏体也不会发生马氏体相变，使材料不能获得良好的TＲIP效应，
材料热处理学报第34卷
对力学性能的贡献也就很小。关于晶粒尺寸对残留奥氏体稳定性的影响存在着不同的观点，有学者认为残留奥氏体晶粒尺寸小于1μm，也会对TＲIP效应有贡献，而有学者认为尺寸较小的残留奥氏体几乎可以不考虑对延展性的影响，因为小尺寸的残留奥氏体即使在10%的应变下还是处于稳定状态而没有发生相变，而有研究表明当残留奥氏体晶粒尺寸大于1μm的，在发生5%的应变之前就已发生相变［12］。
3结论
1）中试产线制备的0.20%C-0.6%Si-1.5% Mn-0.8%Al-0.03%Nb的热轧TＲIP钢力学性能优良，具体力学性能为ＲeL=535 552MPa、Ｒm=740 745MPa、A
80
=28.5% 31%、n值=0.20 0.21、屈强比ＲeL/Ｒm为0.71 0.74、强塑积Ｒm?A80最高达23095MPa·%。该试验钢强度高、塑性好、屈强比低、强塑积高、而且热轧板力学性能稳定性较好，可用于冲压强度要求较高且形状较为复杂的零件；
2）试验钢组织为典型的铁素体、贝氏体、残留奥氏体三相组织，各相组织体积分数配比分别为50.7%、37.0%、12.3%，满足热轧TＲIP钢的组织和性能的要求；
3）EBSD测得的残留奥氏体含量为5.6%，远低于XＲD测得的12.3%的体积分数。EBSD统计的残留奥氏体晶粒尺寸大多在1μm以下，少量在1 2μm之间，极少的大于2μm。
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851
氮含量对钒微合金钢组织性能的影响
氮含量对钒微合金钢组织性能的影响 张开华1雍岐龙2 （1. 攀枝花钢铁研究院，攀枝花617000；2.钢铁研究总院结构所，北京100081） 摘要为了研究钒的析出形式对微合金组织和性能的影响，检验了实验室轧制的不同氮含量的两种钒微合金钢的组织和性能，结果表明，在轧后水冷条件下，V钢的组织中仅有极少量的铁素体，而V-N钢有大量的晶界铁素体。在轧后空冷条件下，两种钢的组织均为铁素体+珠光体，V-N钢的铁素体晶粒比V钢细小，由于V-N钢中V(C,N)析出温度高，析出粒子粗大，对强度贡献较小，V-N钢的屈服强度和抗拉强度比V钢低，延伸率比V钢高。 关键词钒微合金钢组织性能氮含量 The Effect of Nitrogen on Micro-structure and Mechanical Properties of V-bearing Micro-alloying Steel Zhang Kaihua1 Yong Qilong2 (1．Panzhihua Iron and Steel Research Institute, Panzhihua, 617000； 2．Central Iron and Steel Research Institute ,Beijing，100081) Abstract The microstructure and mechanical properties of V-bearing micro-alloying steel of different nitrogen content have been studied at laboratory. The results show that the ferrite exists scarcely in V steel, and the grain boundary ferrite exists in V-N steel with water-cooling after rolling. With air-cooling after rolling, the temperature of V(C,N) presentation in V-N steel is higher that in V steel, the ferrite grain size of V-N steel is finer than that of V steel, the yield strength and tensile strength of V steel is higher than that of V-N steel, the elongation is lower than that of V-N steel. Key words vanadium, micro-alloying steel, structure, mechanical properties, nitrogen 1 引言 高强度微合金钢中，加入微合金元素的目的是产生晶粒细化和沉淀强化，提高钢材的性能。钒作为重要的微合金元素，其主要作用是强烈的沉淀强化作用以及易于控制。 在钒微合金化钢中，氮被认为是一种廉价的有效的微合金化元素，钒在钢中作用的大小与钢中的氮含量有很大的关系，有研究表明，在长棒材生产中，每增加0.001%的氮可提高强度约10MPa[1]，在现在，钒氮合金主要应用于以下几个方面：（1）高强度焊接钢筋等长棒材，在这类钢的生产中，一般终轧温度比较高（1000℃以上），冷却速度比较快，钒高温时析出很少甚至基本不析出，氮的加入增加了V(C，N)在铁素体低温析出的驱动力，随钢中氮含量的增加，V(C，N)析出相数量增加、颗粒尺寸和间距明显减小[2]。氮还改变了钒在相间的分布，低氮钢中近60%的钒固溶于基体，有约35%的钒以V(C，N)形式析出；而高氮钢中则完全相反，70%的钒以V(C，N)形式析出，仅剩20％的钒固溶于基体中[3]。（2）非调质钢，氮在非调质钢中的主要作用是：1）促进钒的析出，提高沉淀强化效果；2）细化晶粒；3）提高TiN的稳定性。(3)CSP高强度带钢，因为钒氮钢可以避免Nb钢铸坯裂纹问题，同时也可以通过析出强化提高强度。四是采用V-N微合金化技术与第三代TMCP工艺结合生产的高强度钢板，利用VN形成晶内铁素体(IGF)的技术来细化组织的方法，并与再结晶控轧工艺(RCR)相结合，细化铁素体晶粒。综上所述，钒氮合金的应用主要是：（1）利用钒的低温析出的沉淀强化。（2）利用钒的高温析出，促进晶内铁素体形核。
TRIP钢研究的现状与发展
TRIP钢的研究现状与发展趋势 学校上海大学 学院材料科学与工程学院 专业金属材料工程 学号 08125239 姓名南冬磊 指导教师符仁钰
TRIP钢的研究现状与发展趋势 南冬磊 （上海大学材料科学与工程学院08125239） 摘要：简述了相变诱发塑性（TRIP）钢的发展历史及研究现状，论述了TRIP钢的化学成分、显微组织和性能，介绍了生产TRIP钢的两种典型工艺：热轧、冷轧，分析了影响TRIP效应的因素。最后，对TRIP钢的发展趋势做了展望。 关键词：TRIP钢；显微组织；力学性能 Current Research Condition and Development of TRIP Steel NAN Dong-lei (School of Materials Science and Engineering，Shanghai University，08125239) Abstract: The development history and current research condition of transformation induced plasticity (TRIP) steel were briefly introduced. The chemical composition，microstructure and mechanical properties of the TRIP steel were described. The two typical process of the TRIP steel production were introduced. The influence factors of the TRIP effect were analyzed. Finally，the development tendency of TRIP steel was forecast. Key Words: TRIP Steel; microstructure; mechanical property 随着时代的发展，由于环境、能源、安全等要求的提高，需要汽车轻量化[1，2]。研究表明[3]：在其他条件不变的情况下，汽车质量每减轻10% ，则油耗可下降8%—10% ；而为了提高汽车安全性，又要增加主动与被动安全措施，这将增加汽车的质量，解决这一矛盾的有效手段就是采用高强度钢和先进高强度钢，如双相钢、TRIP钢、M 钢、TWIP钢、含硼超高强度钢等。图1[4]显示了各类汽车用板的屈服强度和断后伸长率的关系，从中可看出，随着强度的提高断后伸长率下降。与常规高强度钢板(HSLA、CMn、IS、BH和HSSIF)相比，以双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)和马氏体钢(M)为代表的相变强化钢板系列则拥有高的强度和断后伸长率，其中又以TRIP钢最受青睐，
微合金元素在钢中的作用(精)
为了合金化而加入的合金元素, 最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用 : (1提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比 , 这是一般弹簧钢。 (3耐腐蚀性。硅的质量分数为 15%-20%的高硅铸铁,是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层 SiO 2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1锰提高钢的淬透性。 (2锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象; ②锰有促进晶粒长大的作用, 因此锰钢对过热较敏感 t 在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过 1%时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1铬可提高钢的强度和硬度。 (2铬可提高钢的高温机械性能。 (3使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性
(4阻止石墨化 (5提高淬透性。 缺点:①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3改善钢的加工性和可焊性。 (4镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱和大气的腐蚀。 5、钼在钢中的作用 (1钼对铁素体有固溶强化作用。 (2提高钢热强性 (3抗氢侵蚀的作用。 (4提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6、钨在钢中的作用 (1 提高强度 (2提高钢的高温强度。 (3提高钢的抗氢性能。 (4是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。
合金钢中各元素对其性能的影响
合金钢中各元素对其性能的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23％超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2％的硅，强度可提高15－20％。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4％的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50％。在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40％。含锰11－14％的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5％的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形
X70管线钢微观组织分析
!"#管线钢微观组织分析 王春明 $鞍钢集团公司% 吴杏芳 $北京科技大学% 摘要!"#管线钢的微观组织表现为多种类型混合组织&主要有多边形铁素体’块状铁素体$准多边形铁素体%’针状铁素体’粒状贝氏体’珠光体和()*岛等+各类组织的比例随加工工艺不同变化较大+提高冷却速度和降低终冷温度可以增加针状铁素体的比例+冷却速度较低$,-).%时&组织中出现明显的珠光体+ 关键词!"#管线钢显微组织针状铁素体 */012.3.4/(3564.768578694:!"#;3<913/9=7991 >?@A B C D@E F@A $*/.G0/H64/0/I=7991J648
低硅TRIP钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究
低硅TRIP钢的力学性能及残余奥氏体稳定性研究Mechanical Propert y and Retained Austenite of Low2Si TRIP Steel 定 巍,江海涛,唐 荻,田志强,殷安民 (北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083) DIN G Wei,J IAN G Hai2tao,TAN G Di,TIAN Zhi2qiang,YIN An2min (National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology, University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China) 摘要:通过常温拉伸实验研究低Si TRIP钢的力学性能及其加工硬化特点,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等手段研究低Si TRIP钢在拉伸变形前后组织变化特别是残余奥氏体特性的变化。结果表明:低Si TRIP钢表现出良好的力学特性,没有屈服平台,低的屈强比,同时又拥有比双相钢更好的延伸率和均匀应变。TRIP钢的残余奥氏体的分布也影响着其稳定性,分布在铁素体晶内的残余奥氏体在拉伸变形后仍然存在。关键词:低硅TRIP钢;力学性能;加工硬化;残余奥氏体 中图分类号:T G142.1 文献标识码:A 文章编号:100124381(2010)0420072204 Abstract:The mechanical properties and work2hardening characteristics of A low2Si TRIP steel were researched by t he tensile test.The change of st ruct ure before and after tensile test,especially t he change of retained austenite,were st udied wit h scanning elect ron microscope(SEM),X2ray diff rac2 tion(XRD),elect ron back2scattered diff raction(EBSD)and t ransmission elect ron microscope (TEM).The result s show t hat t he low2Si TRIP steel has good mechanical p roperties,no yield point and po ssess of low yield ratio,meantime it has better extensibility and homogeneous strain t han DP steel.Retained austenite dist ribution also affect s t he stability of t he low2Si TRIP steel,retained aus2 tenite in ferrite grain still exist s after t he tensile test. K ey w ords:low2Si TRIP steel;mechanical p roperty;work2hardening;retained austenite TRIP(Transformation Induced Plasticity)钢即相变诱导塑性钢,具有高的屈服强度和抗拉强度,延展性强,冲压成形能力高,用作汽车钢板可减轻车身自重,降低油耗,同时还具有较强的能量吸收能力,能够抵御撞击时的塑性变形,显著提升了汽车的安全等级,具有明显的优越性[1]。TRIP效应是钢中的残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体相变,使材料的局部加工硬化能力提高并推迟缩颈的发生,从而提高钢的强度和塑性[2]。 常用C2Mn2Si系TRIP钢中,元素Si的含量(质量分数)一般在1.5%～2%之间。Si能有效提高残余奥氏体的稳定性,同时Si还有较强的固溶强化作用,能提高TRIP钢中铁素体的强度,然而高的Si含量会降低热轧钢板的表面质量和冷轧钢板的涂层性能[3]。由于Al与Si有类似的不溶于渗碳体以及强烈阻止奥氏体中渗碳体析出等特点,因此,有学者尝试着用Al 来完全或部分替代C2Mn2Si系TRIP钢中的Si[4]。 本工作研究了一种低Si TRIP钢在拉伸变形时的力学行为以及其微观组织,特别是残余奥氏体的演变,探讨了低Si TRIP钢其残余奥氏体分布及残余奥氏体分布对稳定性的影响规律。 1 实验过程 1.1 实验材料 实验用钢化学成分如表1所示。合金经真空熔炼后热锻至70mm厚,在1200℃的箱式加热炉中加热保温2h,热轧至5mm厚,酸洗,最终冷轧至1125mm厚的薄板。冷轧钢板用Gleeble3500进行热处理,在两相区保温一段时间,然后快冷至贝氏体区域温度保温一段时间,等温处理后空冷至室温。 表1 实验用钢的化学成分 Table1 Chemical composition of examined steel Element C Si Mn S N Al Mass fraction/%0.170.2 1.20.0050.005 1.0
常用合金钢
常用合金钢（知识扩展）一.合金钢分类与编号二.低合金结构钢Q345、Q420 三. 机器零件用钢40Cr、65Mn、60Mn2Si、20Cr、20CrMnTi、GCr15 四.合金工具钢9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr124Cr5MoSiV 五.特殊性能钢1Cr13、9Cr18、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13 合金钢分类 1.按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类低合金钢（合金总量低于5 %）中合金钢（合金总量为5 %～10 %）高合金钢（合金总量高于10 %）2.按用途分类：按用途分类：按用途分类合金结构钢低合金结构钢(也称普通低合金钢) 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢) 合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢) 量具用钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金钢编号首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明:平均质量分数少于 1.5%时不标数, 平均质量分数为 1.5%～2.49%、 2.5%～3.49%……时,相应地标以2、3……。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%(特例)的滚珠轴承钢. Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于 1.5%的易切削钢. 普通低合金钢Q345 用途主要用于制造桥梁,船舶,车辆,锅炉,压力容器,输油输气管道,大型钢结构等.在热轧空冷状态下使用,组织为细晶粒的F+P,不再热处理. 化学成分wt% C Mn Si V Nb Ti 0.015 0.18 ～ 1.0 ～0.55 0.02 0.20 1.6 ～0.15 ～0.06 厚度mm <16 16～35 35～50 σs MPa ≥345 ≥325 ≥295 σb MPa 470～630 0.02 ～0.2 机械性能δ5 % Akv(20℃) J 34 21～22 GB/T1591-1994 Q345包括旧钢号12MnV ,14MnNb ,16Mn ,18Nb ,16MnCu Q420 普通低合金钢在正火状态下使用,组织为F+S 化学成分wt% V Nb Ti 0.02 ～0.2 0.015 ～0.06 0.02 ～0.2 δ5 % C ≤0.20 厚度mm <16 Mn Si Cr ≤0.40 Ni ≤0.70 1.0 ～0.55 1.7 34 18～19 16～35 GB/T1591-1994 ≥380 35～50 Q345包括旧钢号15MnVN ,14MnVTiRE 机械性能σs MPa σb MPa ≥420 520～680 ≥400 Akv(20℃) J 合金调质钢(低淬透性) 40Cr 热处理毛坯尺寸＜25mm 用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓、进气阀主要化学成分wt% C Mn Si Cr Mo 机械性能（≥）退火态H B 淬火℃回火℃σb σs δ5 ψ Akv % % J MP MP a a 0.37 0.5 0.17 0.8 0.07 850 520 980 785 9 45 47 2 0 油水～～～～～0.44 0.8 0.37 1.1 0.12 7 油（GB/T3077－1999）合金弹簧钢钢号C 65Mn 60Mn2Si 主要成分w % Mn Si Cr 热处理淬火℃回火℃机械性能σs MPa σb MPa δ10 ψ % % 65Mn 0.62 ～0.70 60Si2 0.56 Mn ～0.64 0.90 ～1.20 0.60 ～0.90 0.17 ～0.37 1.50 ～2.00 ≤ 830 540 0.25 油800 1000 8 30 ≤ 870 480 1200 1300 5 0.35 油GB/T1222-1985 25 65Mn 60Mn2Si钢应用举例：截面≤25mm的弹簧，例如车箱缓冲卷簧合金渗碳钢(低淬透性合金渗碳钢低淬透性) 20Cr 低淬透性用途：可制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷机械性能（≥）主要化学成分wt% 热处理℃C Mn Si Cr 渗预淬回σb σs δ ψ Akv 5 碳备火火MP M J % % a P 处 a 理0.17 0.5 0.20 0.7 9 ～～～～3 0.24 0.8 0.40 1.0 0 8 8 0 水油780 2 0 ～820 0 水, 油8 3 5 5 4 0 毛坯尺寸m m 10 4 47 ＜0 1 5 GB/T3077-1999 合金渗碳钢(中淬透性合金渗碳钢中淬透性) 中淬透性20CrMnTi 主要化学成分wt% C Mn Si Cr Ti 毛渗预淬回σb σs δ ψ Ak 坯尺v 碳备火火MP MP % % 2 0 寸处℃m a a 理J m 9 3 0 8 8 0 油7 2 7 0 0 0 油1 85 1 4 55 < 0 0 0 5 15 8 GB/T3077-1999 0 热处理℃机械性能（≥）0.17 0.80 0.1 1.0 7～～～～0.23 1.10 0.3 1.3 7 0.04 ～0.10 滚珠轴承钢GCr15 用途：制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),内外套圈等. 或制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件. 淬回
微合金钢
微合金钢 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti 等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。 微合金化钢的基本属性：(1)添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 (2)这些元素加进量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化。 (3)钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫作新型低合金高强度钢的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相承，是微合金化钢设计和生产的重要条件。 因此说，微合金化钢是指化学成分规范上明确列进需加进一种或几种碳氮化物形成元素的钢。如GB/T 1591—94中Q295一Q460的钢，对其中Nb、V、Ti的含量通常有以下规定： (1)Nb，0.015％～0.06％； (2)V，0.02％～0.15％(0.20％)； (3)Ti，0.02％～0.20％。 同时规定Nb+V+Ti≤0.15％。微合金化的高强度低合金钢。 它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。 典型的微合金钢有15MnVN和06MnNb。微合金钢中含有一种或几种微合金元素，其含量大约在0.01％～0.20％之间。 微合金钢由于屈服强度高、韧性好、焊接性和耐大气腐蚀性好，可用于大型桥梁建筑，制造各类车辆的冲压构件、安全构件、抗疲劳零件及焊接件，它也是锅炉、高压容器、输油和输气管线，以及工业和民用建筑的理想材料。 关于微合金钢中Nb的析出对变形诱导铁素体相变的影响有两种不同观点:一是认为在变形过程Nb通过动态析出消耗形变储能而抑制变形诱导铁素体相变; 微合金钢就是这些“高技术钢材”中用量最大的一种。 处理办法：微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10—20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42—X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢（主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内）产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业最富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了： ①低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和最新成就。 ②低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通
微合金钢
发展中国家微合金钢的潜力 Geoffrey Tither Niobium Products Company Inc. Pittsburgh, PA 1．简介 在发展中国家，并不总是适合投资大型、现代化的厚板或热轧/冷轧机组，尤其在未经细致的市场调研的情形下，其实是不明智的。这是因为成本投入巨大，并在许多方面，由于考虑剧烈的竞争－衰退周期，能实现的盈利很少。 一个更明智的方法是开发的产品能在小型工厂更经济的生产，从而只需较少的投资。诸如紧固件、冷镦部件、拉拔线材、汽车锻件及工业、农业机械用锻件等是发展中国家在微合金钢开发和应用方面有待开拓的领域。这是由于微合金钢比普通合金钢成本低，并且在许多方面，微合金钢可减免制造工序，从而实现比单单合金节省更显著的节约。 本文讨论微合金化的基本概念，但主要侧重于微合金钢的商用场合。 2．微合金钢设计 微合金钢可定义为单独或者复合添加少量Nb、V、Ti和Al的低碳至中碳钢。对机械性能的影响是基于这些微合金元素形成碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物在再加热及后续过程中全部或部分溶解。溶解和析出的动力学决定着通过微合金化所能获得效果。溶解程度依赖于加热温度、保温时间、加热和冷却速率、碳氮化物的溶度积。各种微合金碳化物、氮化物的溶度积如图1所示。 图1 微合金碳化物、氮化物的溶度积
低碳高韧高强度低合金钢（HSLA）的实质是通过相变获得细小铁素体晶粒。晶粒细化是唯一同时改善韧性的强化机制。 而对于中碳钢，珠光体团尺寸和珠光体片厚度决定韧性，前者受奥氏体晶粒尺寸影响，后者受碳含量影响，碳含量越低，渗碳体片越薄，韧性越好。另一方面，珠光体片间距决定珠光体钢的强度，片间距受珠光体转变温度控制。相变温度越低，片间距越小，强度越高。 再加热过程中各种微合金元素对晶粒粗化的影响如图2所示（2）。如图所示，高温状态阻止晶粒粗化的效果，Nb比V、Al更为有效，而Ti，通常以TiN微粒弥散分布，是最有效的。为使TiN有效阻止晶粒粗化，必须使Ti:N满足化学计量比，以保证TiN颗粒尺寸处于100－500nm。偏离化学计量比将致使TiN逐渐失效，事实上将减慢凝固冷却，因此，铸锭浇铸通道变得不合适。 图2 各种微合金钢奥氏体晶粒粗化特性 上述阻止晶粒粗化的效果，例如对于正火钢，特别是含量较低时（0.02-0.04％）,添加Nb作为晶粒细化剂十分有效，见图3（3）。 图3 Nb、V、Ti对正火型HSLA钢晶粒尺寸的影响 在正火处理或随后的热变形冷却过程中，对于Nb和V，两种主要效应可能依赖于冷却前仍处于固溶态的微合金元素含量和随后的冷却速率。例如，固溶态的Nb有显著的硬化效
微合金元素在钢中作用
微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？ 在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。 碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。提高温度会增加氮化物的分数比例。钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。 1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。变形使析出过程的孕育时间大大缩短。 2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的 3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。 微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？ 当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。 微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？ 钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并
4130合金钢成分及性能
合金结构钢介绍 这类钢,由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件。 4130结构钢 4130结构钢具有高的强度和韧性，淬透性较高，在油中临界淬透直径15～70mm；钢的热强度性也较好，在500℃以下具有足够的高温强度，但550℃时其强度显著下降；当合金元素在下限时焊接相当好，但接近上限时焊接性中等，并在焊前需预热到175℃以上；钢的可切削性良好，冷变形时塑性中等；热处理时在300～350℃的范围有第一类回火脆性；有形成白点的倾向。 4130结构钢性能及应用 合金结构钢4130 标准：ASTM A29/A29M-04 这种钢通常是在调质状态下使用，当含碳量为下限的钢也可用作要求心部强度较高的渗碳钢。在中型机械制造业中主要用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件，如轴、主轴以及受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等；在化工工业中用来制造焊接零件、板材与管材构成的焊接结构和在含有氮氢介质中工作的温度不超过250℃的高压导管；在汽轮机、锅炉制造业中用于制造 450℃以下工作的紧固件、500℃以下受高压的法兰和 4130结构钢化学成分 碳 C ：0.28～0.33 硅 Si：0.15～0.35 锰 Mn：0.40～0.60 硫 S ：允许残余含量≤0.040 磷 P ：允许残余含量≤0.035 铬 Cr：0.80～1.10 镍 Ni：允许残余含量≤0.030 铜 Cu：允许残余含量≤0.030 钼 Mo：0.15～0.25[2]
TRIP钢板的组织、性能与工艺控制
第11卷第3期1999年6月 钢铁研究学报 JOU RNAL O F I RON AND ST EEL R ESEA RCH V o l .11,N o.3 Jun .1999 康永林,男,44岁,博士,教授; 收稿日期:1998209202;修订日期:1998212230 ?综合论述? TR IP 钢板的组织、 性能与工艺控制康永林 王 波 北京科技大学压力加工系 北京 100083 摘 要:介绍了TR IP 钢板的组织形成机理、影响因素、性能以及国内外近几年的研究、开发进展情况,为TR IP 钢板的进一步研究、开发和应用提供依据。关键词:TR IP 钢板,组织,性能,工艺控制中图分类号:T G 335,T G 113 Structure and Property of TR IP Plate and Its Con trol Process K ang Y ong lin W ang B o U n iversity of Science and T echno logy Beijing Beijing 100083 ABSTRACT :T he fo rm ing m echan is m ,influence facto rs ,p roperties and recen t research develop 2m en t of the structu re of TR IP p late are in troduced fo r the fu rther research ,developm en t and app li 2cati on of TR IP p late . KEY WOR D S :TR IP p late ,structu re ,p roperty ,con tro lling p rocess TR IP (T ran sfo rm ati on Induced P lasticity ——相变诱发塑性)钢板是近几年为满足汽车工业对高强度、高塑性新型钢板的需求而开发的。TR IP 钢板最先是由V .F .Zackay 发现并命名的,他利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性并改善了钢板的成形性能,但早期的TR IP 钢因含有较多镍、铬等贵重合金元素,成本高,使用受到限制。后来H ayam i 在双相钢中发现其含有残余奥氏体并具有TR IP 效应[1],因此人们开始考虑以硅、锰等廉价的合金元素代替镍、铬等贵重元素来研制TR IP 钢板。目前,日本已可以工业规模的生产与制造TR IP 钢板[2]。按生产工艺的不同,该类钢可分为热处理型冷轧TR IP 钢板和热轧型热轧TR IP 钢板[3]。热处理型冷轧TR IP 钢板是采用临界加热、下贝氏体等温淬火的工艺方法来获取TR IP 所需的大量残余奥氏体,而热轧型热轧TR IP 钢板是通过 控制轧制和控制冷却来获得大量的残余奥氏体,因为只有存在足够的残余奥氏体才能使钢板具有TR IP 现象。钢中残余奥氏体含量(体积分数,下同)一般为10%～20%。两种工艺生产的TR IP 钢板显微组织都是由铁素体、贝氏体和残余奥氏体三相组成。目前,对热处理型冷轧TR IP 钢板的研究较多,而热轧型热轧TR IP 钢板的研究较少。 1 TR IP 的形成机理 金属材料的相变超塑性可以分为扩散型与非扩散型,TR IP 现象属于非扩散型[4]。具有相变超塑性的材料除纯铁、钢和铸铁外,还有T i 、A l 和Zr 等非铁金属和合金。在钢中,非扩散型超塑性可发生在950℃←→室温的奥氏体←→马氏体转变温度范围。若在冷却的同时,对钢施加载荷,也可以出现在马氏体转变温度M s 以上的温度范围,此温度的上限
合金钢练习题及参考答案
（合金钢） （一）填空题 1. 根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为、、 三大类。 2. Q235AF表示σs = MPa，质量为级的钢。 390A表示σs =MPa，质量为级的钢。 4.钢中提高淬透性元素的含量大，则过冷奥氏体，甚至在空气中冷却也能形成马氏体组织，故可称其为空淬钢。 5.高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（500～600℃）仍保持高硬度（≧60HRC），这种性能称为。 6.易切削钢是指钢中加入 S，Pb、等元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的化合物，来改善钢材的切削加工性。 7.钢的耐热性是和的综合性能。耐热钢按性能和用途可分为和两类。 8.常用的不锈钢按组织分为、、。 （二）判断题 1.随着合金元素在钢中形成碳化物数量的增加，合金钢的硬度、强度提高，塑性、韧性下降。（） 2.合金元素中的镍、锰等合金元素使单相奥氏体区扩大。（） 3.高速钢的铸态组织中存在莱氏体，故可称为莱氏体钢。（） 4.高熔点的合金碳化物、特殊碳化物使合金钢在热处理时不易过热。（） 5.由于合金钢的C曲线向右移，临界冷却速度降低，从而使钢的淬透性下降。（） 钢属于非合金钢。（）
7.合金渗碳钢是典型的表面强化钢，所以钢中含碳量w ＞％。（） C 8.截面较大的弹簧经热处理后一般还要进行喷丸处理，使其表面强化。（） 钢中铬的质量分数为％，只能用来制造滚动轴承。（） 是应用最广泛的合金调质钢。（） （三）选择题 1.钢中的元素引起钢的热脆，钢中元素引起钢的冷脆。 C. Si 2.含有Cr、Mn、Mo、W、V的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化并淬火后，至500～600℃回火时，硬度回升的现象，称为。 A.回火稳定性 B.回火脆性 C.二次硬化 3.制造截面尺寸在30mm以下的汽车变速齿轮、轴等，选用。 A. 20Cr 4.机床齿轮、轴、汽车半轴，常选用。 .45 C 5.截面较大，形状复杂、工作条件繁重的各种冷冲模用。 12A 12 C 6.大多数合金元素都能溶于铁素体，产生固溶强化，使铁素体。 A. 强度、硬度提高 B.塑性下降 C.韧性下降 7.滚动轴承的锻件毛坯必须经处理。 A.正火 B.完全退火 C.球化退火 8.弹簧钢的热处理采用处理。