关键词：非调质钢;纳米粒子;析出相;针状铁素体;双强化
摘 要：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。
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