新一代钢铁资料---超细晶粒钢.doc

新一代钢铁材料---超细晶粒钢 这学期是第一次上《新技术专题》这门课程，在此次为期四天的课程中，我接触到了现在的一些前沿技术，了解到连续铸轧技术现状及展望，新一代钢铁材料的研究现状，镁合金生产和加工技术。 在王宁老师讲解的《新一代钢铁材料的研究现状》中，我对超细晶粒钢产生了浓厚兴趣。超细晶粒钢是当前汽车用钢铁材料的研究热点，是21世纪先进高性能结构材料的代表，下面我主要介绍超细晶粒钢的显微组织，性能，关键制备技术以及生产和应用中存在的问题。 超细晶粒钢的显微组织 超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。传统钢中，晶粒尺寸在100μm以下就称为细晶粒钢，即传统细晶粒钢。随着冶金技术和生产工艺的不断进步，细晶的尺寸不断缩小，甚至达到了微米、亚微米。 对超细晶粒钢进行显微组织分析，得出以下几个组织特征。 1、以普碳钢成分生产的超细晶粒钢的组织为铁素体+ 珠光体, 铁素体晶粒尺寸为4~ 5
m。铁素体体积分数为 87% ~ 90%, 珠光体体积分数较低。 2、超细晶粒钢中珠光体的形态发生了变化,珠光体中的渗碳体由常规的片层状变化为短棒状或颗粒状形态,当裂纹在晶粒内扩展时,能够吸收更高的能量,有利于钢的韧性的提高 3、随着超细晶粒钢铁素体晶粒的细化, 晶粒内位错的塞积量降低, 钢的屈服强度提高。 二、超细晶粒钢的性能 超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、良好的焊接性、较高的强度以及良好的低温韧性等。 工业上的超细晶粒钢是指微米级的超细晶粒钢。同等强度的传统钢相比，超细晶粒钢具有低碳和低碳当量以及低的杂质含量，不仅有益于其焊接性，同时也有利于改善钢的其他性能，如接头中HAZ和母材的韧性以及对氢致裂纹(HIC)、硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)抗力等。超细晶粒钢中也含有少量的Nb、V、Ti等微合金元素，其主要目的是为了形成碳、氮化合物，从而有效防止晶粒长大。由于超细晶粒钢低的S、P、N元素含量和控制加入的微合金元素，其氮化物形成元素的存在将使自由氮降低，减小了时效影响，有利于韧性的改善。 超晶粒钢的关键制备技术 1、微合金化细化晶粒 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(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。 2、形变诱导相变细化晶粒 形变诱导相变是将低碳钢[ w (C) ≤0.25 %]加热到稍高于奥氏体相变温度( Ac3 ) ,较高的变形速率