微合金晶粒细化方法及原因
不锈钢的晶粒细化工艺
不锈钢的晶粒细化工艺摘要：采用本恩提出的方法进行相应的微合金化理论设计，在Cr30Mo高碳铁素体不锈钢中加入适量的铌，由铸造凝固过程中沉淀析出的碳氮化铌有效阻止基体晶粒长大，可使基体晶粒尺寸由无铌时的100μm 左右细化至20μm 以下，使钢材脆性断裂倾向明显降低，从而使铸造生产成品率显著提高，生产成本明显下降，同时使其在磷化工生产条件下的使用寿命明显提高。
关键词：高碳铁素体不锈钢；铌微合金化；晶粒尺寸控制；脆性断裂；成产成品率1前言很多化工生产流程中所涉及的流体介质除具有较高的腐蚀性外，还存在大量的固体颗粒于其中而造成显著的腐蚀磨损，因而对相应的化工设备及零件的材料的性能要求除需保持适当的耐蚀性外，还要求具有很高的耐磨性。
磷化工设备关键零件如各种叶轮、泵阀所用材料对耐磨性的要求明显高于对耐蚀性的要求[1]。
Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢是近年来研制开发的具有高耐磨性和适当耐蚀性的钢种[2]，其碳含量一般为0.8-1.0%，其基体组织从凝固至室温均保持为铁素体，冷却过程中所形成的各种合金碳化物如Cr7C3、Cr23C6、Mo2C 等可使钢材明显硬化而具备较高的耐磨性，同时由于可采用高碳铬铁作为生产原料而使其生产成本明显降低。
由于碳含量较高且基体无固态相变，因而Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢的脆性十分严重，目前国内引进法国技术的最高铸造生产成品率为35%。
为了提高Cr30Mo 高碳铁素体不锈钢的韧性和生产成品率，我们在钢中添加了适量的铌，利用碳氮化铌在高温下阻止晶粒长大的作用，明显细化了晶粒，降低了脆性断裂倾向，铸造生产成品率提高到80%以上。
本文将介绍相关的设计原理和应用情况。
2第二相阻止晶粒长大原理与高碳铁素体不锈钢铌含量的设计晶粒细化是钢铁材料中重要的韧化方式。
铁素体不锈钢的基体组织从凝固至室温均保持为铁素体，没有固态多形性相变发生，不可能通过固体多形性相变细化晶粒；而高碳铁素体不锈钢由于脆性很大，只能在铸造态使用，故也不能通过塑性变形后的再结晶相变来细化晶粒。
关于6061铝合金圆铸棒晶粒细化问题探讨
关于 6061铝合金圆铸棒晶粒细化问题探讨摘要:本文分别从6061铝合金铸棒的化学成分份，炉料组成，熔炼过程的温度控制，熔体在炉内的保温时间，人工播晶种，以及铸造过程工艺参数等方面阐述了对铸棒晶粒的影响，提出了晶粒细化的一些方法。
关键词：6061铝合金铝棒晶粒细化晶粒度在铝合金熔铸生产中，晶粒度一直是大家关注的热门话题。
尤其是变形铝合金中的圆铸棒晶粒度，它不仅关系到铸棒在铸造环节能否顺利进行，更关系到后续进一步压力加工，以及最终产品的力学性能，以至于使用性能。
影响6061铝合金圆铸棒晶粒有多方面因素，主要有1.化学成分因素合金元素对铝合金基体金属纯铝来说是外来质点。
他们的熔点、金晶结构与纯铝有一定差别，特别是形成金属化合物以后，对合金结晶有一定影响。
6061铝合金主要合金元素有Si、Mg、Cu，还有对合金工艺性能有一定影响的Fe、Mn、Cr、Ti等元素。
这些元素约占合金含量的2.5%（Wt）左右。
其形成的金属化合物有的熔点与基体金属有差别，有的结晶结构与基体金属有一定的相似性。
在合金结晶时，会产生先后期结晶，先期结晶对后序结晶形核有产生促进作用。
另外占合金总量的2.5%（Wt）的合金元素在合金铸造时，会产生成分过冷，对细化合金组织也有一定促进作用。
2.炉料组成因素铝合金铸棒生产企业，根据原料，特别是基体金属纯铝来源，以及废旧金属形状，多少都有各自的配料方案。
本文研究的配料方案是重熔原铝锭，以及本企业加工生产的厚度≥15mm边角废料和铸造后切除棒头、棒尾的工艺废料，作为回炉料配入炉料中。
在6061合金中炉料中还要加入相应合金元素的中间合金如Al-Fe、Al-Cu、Al-Cr等。
在炉料中，加或不加回炉料对合金晶粒度有一定影响。
产生上述晶粒度差异原因，据分析：相同重量的回炉料与相同重量的原铝锭比较，其表面积相差悬殊，前者是后者的数倍，甚至上百倍，也就是说前者的氧化物数量比后者大很多。
铝的氧化物在结晶体结构上与原铝相似，而其熔点近2050℃，这种高熔点质点能起到异质晶核作用，促进晶粒细化。
微量添加剂对铝合金晶粒细化的工艺探讨
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作者筒介 ：张建薪（９３ ） １７一 ，男 ，河南 厦邑人 ．江西南方 冶金 学院硬士 十
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引 言
晶粒 细 化是 提高 材料 强 度 和塑 性 的重 要 手段 之
一
化特 性与 最 佳工 艺参 数 。
１ 实 验 方 法
采用纯 铝 锭 、 纯镁 、 硅 中 间合 金和 相 应添 加剂 铝 配 置６ ６ 合 金 （ 化 学 成 分 见 表 １ ，并 将 镁 硅 比控 ０３ 其 ） 制在 １７ 以下 。在 电阻 炉 中 用石 墨 坩埚 熔 炼 ，温度 ．３ 达到 ７ ０ ２ ℃时 加 入 微 量 添 加 剂 ，精 炼 后 保 温 ，用铁 模 浇 铸 成 直 径 为８ ｍｍ的 圆 锭 ，然 后 在 ５ ０ ２ ６ ℃进 行 ６ 均 匀 化 处 理 。铸 态 组 织 和 均 匀 化 处 理 后 各 取 试 ｈ 样 ．用金 相显 微镜 观 察 其 组 织结 构 。 表 １ ６ ６ 铝 合 金 的 化学 成 分 ％ ０３
ａｎａｌ ｉ ｇ ｏｆ ｅ ｅ ｉ ｅｎｔ ａｔ ， ｔ ｆ ｅ ｔ ｈｅ ａ ｙｓ ｎ ｘｐ ｒ ｍ ａｌｄ ａ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏｆ ｔ ｄｄｉｉ ｅ ａｓ ｂ ｅ ｏｍ ｐａ ｅｄ Ａ ｔｌ ｓ ｈ ｈａ ａ ｅ ｉ ｔ ｅ ａｎｄ ｔ ｅ ｂ ｓ ｔｖ ｓｈ ｅ ｎ ｅ ｒ ． ａ ｔｔ ｅ ｃ ｒ ｔ ｒ ｓ ｉ ｈ ｅ ｔ
化 晶 粒 ， 即 结 晶 组 织 的 微 处 理 问 题 。鉴 于 以 上 目的
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢因其优良的力学性能和工艺性能，在工程领域得到了广泛应用。
Nb元素作为微合金化元素，其加入能够显著改善钢的强度、韧性及焊接性等性能。
其中，NbC的析出行为对钢的组织和硬度具有重要影响。
本文将重点探讨高Nb微合金钢中NbC的析出机制及其对组织与硬度的影响。
二、NbC的析出机制1. Nb在钢中的存在形式Nb元素在钢中主要以固溶体和化合物形式存在。
其中，化合物形式主要包括NbC、NbN等。
这些化合物的形成对钢的性能具有重要影响。
2. NbC的析出过程在高Nb微合金钢中，Nb与C元素结合形成NbC化合物。
随着钢的冷却过程，NbC逐渐从过饱和固溶体中析出。
析出过程受到钢的化学成分、冷却速度及温度制度等因素的影响。
三、NbC析出对组织的影响1. 晶粒细化NbC的析出可以有效细化钢的晶粒，这是由于NbC作为硬质相，能够在晶界处起到钉扎作用，阻碍晶粒长大。
晶粒细化有利于提高钢的强度和韧性。
2. 第二相粒子形成NbC的析出还会形成第二相粒子，这些粒子对钢的组织具有重要影响。
第二相粒子的存在可以阻碍位错运动，提高钢的塑性变形抗力。
四、NbC析出对硬度的影响1. 硬度的提高由于NbC具有较高的硬度，其析出使得钢的硬度得到提高。
硬度的提高主要表现在钢的表面层，使得钢具有更好的耐磨性和抗疲劳性能。
2. 硬度的分布特点随着NbC的析出，钢的硬度分布呈现出不均匀性。
在晶界处和第二相粒子附近，由于位错运动的阻碍，硬度较高。
而在远离这些区域的基体部分，硬度相对较低。
五、实验验证与分析为了进一步探讨高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响，我们进行了相关实验。
通过金相显微镜、扫描电镜及硬度计等手段，观察了钢的组织形态、第二相粒子的分布及硬度分布。
实验结果表明，高Nb微合金钢中NbC的析出能够有效细化晶粒，形成第二相粒子，并提高钢的硬度。
六、结论高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度具有重要影响。
细化奥氏体晶粒的措施
细化奥氏体晶粒的措施奥氏体晶粒是钢材中的一种组织结构，其大小和分布对钢材的性能有着重要的影响。
因此，细化奥氏体晶粒是提高钢材性能的重要措施之一。
下面将介绍几种细化奥氏体晶粒的措施。
1. 控制钢材的冷却速率钢材的冷却速率是影响奥氏体晶粒大小的重要因素。
当钢材的冷却速率较快时，奥氏体晶粒会变小。
因此，可以通过控制钢材的冷却速率来细化奥氏体晶粒。
具体措施包括采用快速冷却的方法，如水淬、油淬等，或者采用控制冷却速率的方法，如温度控制冷却、加热后保温等。
2. 添加微合金元素微合金元素是指添加量较少的元素，如钒、钛、铌等。
这些元素可以在钢材中形成稳定的化合物，从而抑制奥氏体晶粒的长大。
此外，微合金元素还可以提高钢材的强度和韧性，改善其耐腐蚀性能。
3. 采用热处理方法热处理是指将钢材加热到一定温度，然后进行冷却的过程。
通过采用不同的热处理方法，可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
常用的热处理方法包括正火、淬火、回火等。
其中，淬火可以快速冷却钢材，从而细化奥氏体晶粒；回火可以在保证钢材硬度的情况下，使奥氏体晶粒变得更加均匀。
4. 采用轧制方法轧制是指将钢材通过轧机进行加工，从而改变其组织结构和性能的过程。
通过采用不同的轧制方法，可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
常用的轧制方法包括等温轧制、热轧制、冷轧制等。
其中，等温轧制可以在保证钢材硬度的情况下，使奥氏体晶粒变得更加均匀。
综上所述，细化奥氏体晶粒是提高钢材性能的重要措施之一。
通过控制钢材的冷却速率、添加微合金元素、采用热处理方法和轧制方法等措施，可以实现细化奥氏体晶粒的目的。
在实际生产中，应根据具体情况选择合适的措施，以达到最佳的效果。
钢的晶粒细化工艺
钢的晶粒细化工艺钢的晶粒细化工艺是通过控制钢的冷却速度和加热温度来实现的。
晶粒细化可以提高钢材的力学性能、耐蚀性和耐磨性等方面的性能。
下面将详细介绍一种常用的钢的晶粒细化工艺。
一、冷却速度控制1. 快速冷却：通过快速冷却可以有效地减小钢材中的晶粒尺寸。
快速冷却可以采用水淬或油淬等方法，将加热至适宜温度的钢材迅速浸入冷却介质中，使其迅速降温。
这种方法适用于碳含量较低的低合金钢。
2. 慢速冷却：对于高碳合金钢或需要保持一定韧性的材料，可采用慢速冷却的方法。
慢速冷却可以通过将加热至适宜温度的钢材放置在空气中自然冷却或用炉内保温等方式实现。
二、加热温度控制1. 高温处理：在高温范围内进行处理可以促进晶粒的长大，适用于需要较大晶粒尺寸的钢材。
通常在1100℃以上进行高温处理，使晶粒迅速长大。
2. 低温处理：在低温范围内进行处理可以抑制晶粒的长大，适用于需要较小晶粒尺寸的钢材。
通常在800℃以下进行低温处理，使晶粒细化。
三、表面处理1. 酸洗：将钢材浸入酸性溶液中进行酸洗可以去除表面氧化层和锈蚀物，提高表面光洁度。
酸洗还能够改善钢材的耐蚀性能。
2. 抛光：通过机械或化学方法将钢材表面进行抛光可以提高表面平整度和光洁度。
四、热处理1. 固溶处理：将加热至固溶温度的钢材保温一段时间后迅速冷却可以实现固溶处理。
固溶处理可以改善钢材的强度和塑性。
2. 淬火处理：将加热至淬火温度的钢材迅速冷却可以实现淬火处理。
淬火处理可以增加钢材的硬度和耐磨性。
3. 回火处理：将淬火后的钢材加热至回火温度并保温一段时间后冷却，可以实现回火处理。
回火处理可以调节钢材的硬度和韧性。
五、细化剂添加1. 稀土元素：稀土元素在钢中具有良好的晶粒细化效果，可以通过添加稀土元素来实现晶粒细化。
稀土元素主要包括镧、铈、钕等。
2. 微合金化：通过添加微量的合金元素如铌、钛、锰等来实现晶粒细化。
这些合金元素能够形成碳化物或氮化物，抑制晶粒长大。
六、机械加工通过机械加工如冷轧、拉拔等可以进一步细化钢材中的晶粒尺寸。
金属凝固组织的细化方法和机理1
课程名称：金属凝固指导老师：宋长江，翟启杰教授金属凝固组织的细化方法和机理摘要：金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。
在材料科学领域里，控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一，在已有的研究中，控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类：一是物理细化法，如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等，二是化学细化法，如添加形核剂和长大抑制剂等。
物理细化方法处理材料纯净度高，不会对金属熔体带来外来夹杂，细化效果好；化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强，是目前最普遍的细化方法。
关键词：组织细化；细化方法；细化剂；变质剂Refinement methods and mechanism of solidification structure of metalsAbstract: Metal microstructure refinement is an effective means to improve the properties of materials.In the field of meterial science, To contol the metal solidification process to refine the metal solidification structure is an important way of improving the casting performance. There are two main ways in the previous study: the first one is Physical refining method,such as cast cold, electromagnetic stirring, mechanical vibration, ultrasonic Refining and so on. The other one is chemical method, like the addition of nucleating agents and growth inhibitors. Physical refining method can make the material more pure,and there is no inclusion along with. The chemical method is the most common method of refinement because it’s faster and more stable and easy to operate. Key words:structure refinement; refine method; refiners; modifier1前言金属的性能在很大程度上取决于其凝固组织，因此细化凝固组织一直是材料科学领域的重要研究内容，而控制金属凝固过程以细化金属凝固组织是改善铸件性能的重要手段之一。
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》范文
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢是一种具有优异力学性能的金属材料，其独特的物理和化学性质使其在许多工程领域得到广泛应用。
其中，Nb（铌）元素的添加对钢的性能起到了关键作用。
本文将重点探讨高Nb微合金钢中NbC（碳化铌）的析出行为对组织与硬度的影响。
二、高Nb微合金钢的基本性质高Nb微合金钢主要由铁、碳和铌等元素组成。
铌元素的添加可以显著提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。
在高温冶炼过程中，铌与碳元素结合形成NbC，这种碳化物的析出行为对钢的组织和性能有着重要影响。
三、NbC的析出过程及其机制1. 析出过程高Nb微合金钢在热处理过程中，NbC的析出主要发生在奥氏体区间的冷却过程中。
随着温度的降低，NbC逐渐从基体中析出，形成细小的颗粒状物质。
2. 析出机制NbC的析出机制主要受温度、时间和冷却速率等因素的影响。
当温度降低到一定值时，NbC的形核和生长速率加快，从而促进其从基体中析出。
此外，合适的冷却速率也有助于NbC的均匀析出。
四、NbC的析出对组织的影响1. 晶粒细化NbC的析出可以有效地细化晶粒，使钢的组织更加均匀。
这是因为NbC可以作为异质形核的核心，促进晶粒的形成和生长。
此外，NbC的析出还可以阻碍晶界的迁移，从而起到晶粒细化的作用。
2. 亚结构变化随着NbC的析出，钢中的亚结构也会发生变化。
析出的NbC 颗粒可以改变位错的运动轨迹，从而影响亚结构的形成和演化。
这有助于提高钢的力学性能和抗疲劳性能。
五、NbC的析出对硬度的影响1. 硬度的提高由于NbC具有较高的硬度，其从基体中析出后可以提高钢的整体硬度。
这是因为NbC颗粒可以阻碍位错的运动，从而提高钢的抗变形能力。
此外，晶粒细化和亚结构变化也有助于提高钢的硬度。
2. 硬度的分布特点在高Nb微合金钢中，由于NbC的分布不均匀，导致硬度的分布也呈现出一定的特点。
通常，在析出NbC颗粒较多的区域，硬度较高；而在析出较少的区域，硬度相对较低。
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微合金晶粒细化方法及原因
（壹佰钢铁网推荐）一般的晶粒细化方法是在炼钢过程中向钢液添加微合金元素(Nb、 V、 Ti、 B、 N 等)进行变质处理 ,以提供大量的弥散质点促进非均质形核 ,从而使钢液凝固后获得更多的细晶粒。
这种微合金化(合金的总质量分数小于 0.1 %)是比较有效的细化钢铁材料晶粒的方法之一。
在一定范围内 ,随微合金元素含量的增加 ,铁素体晶粒越细小。
晶粒细化原因有两方面:一方面,某些固溶合金化元素(W ,Mo ,Mn 等)的加入提高了钢的再结晶温度,同时也可降低在一定温度下晶粒长大的速度;另一方面,某些强碳化物形成元素(如 Nb ,V , Ti等)与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级历史老照片不能说的秘密慈禧军阀明末清初文革晚清 (20～100 nm)的化合物,钉扎晶界 ,对晶粒增长有强烈的阻碍作用 ,并且当这种纳米级化合物所占体积分数为 2 %时 ,对组织的细化效果最好。
铌是钢中常加入的微合金元素 ,通常加入量小于 0.05 %,在钢中形成 NbC、 NbN 的化合物 ,在再结晶过程中 ,因 NbC、NbN 对位错的钉扎和阻止亚晶界迁移可大大延长再结晶时间 ,而且铌阻止奥氏体回复、再结晶的作用最强烈,当钢中 w (Nb) = 0.03 %时 ,即可将完全再结晶所需的最低温度提高到 950 ℃左右,钢中加入铌 ,并通过再结晶控轧技术可使铁素体晶粒尺寸细化到6μm。
钒与碳和氮有较强的亲和力 ,形成 V (C ,N)的弥散小颗粒 ,对奥氏体晶界有钉扎作用,可阻碍奥氏体晶界迁移 ,即阻止奥氏体晶粒长大,并提高钢的粗化温度;同时形成的 V(C ,N)在奥氏体向铁素体转变期间在相界面析出,有效阻止了铁素体晶粒长大,起到细化铁素体晶粒的作用。
通常,钢中钒加入量控制在 0.04 %～0.12 %范围。
高温下,钢中钛以 TiN、 TiC弥散析出,可以成为钢液凝固时的固体晶核,有利于结晶,细化钢的组织。
钛也是极活泼的金属元素 ,能与铁和碳生成难溶的碳化物质点 ,富集在晶界处 ,阻止晶粒粗化。
通常钛的加入量应大于 0.025 %。
合金元素一般是以复合形式加入钢中 ,而且复合合金化处理效果比单一合金化处理效果更好。
微合金化元素对形变诱导相变也有影响 ,铌可提高形变诱导相变温度 ,扩大形变诱导变形区 ,更易获得超细晶铁素体。
钢中碳含量降至超低碳范围时,也容易发生形变诱导相变 ,并获得超细晶粒。
但单纯的微合金化细化技术对钢铁材料组织细化有较大的局限性 ,因此应结合一定的热处理工艺进行综合细化 ,才能获得较好的效果。
（壹佰钢铁网推荐）。