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1、厂一 第1II页microalloyed by V-CrIt was known that the VCr carbides in the steel were existed withthe form of VC，Cr3C2 without V-Cr complex carbides combined with the simulation ofFactsage thermodynamic softwareThe precipitation temperature were 1 1 90K and 769Krespectively(5)When micro alloyed with V-Cr
2、,the main strengthening method wereprecipitation strengthening and fine grain strengtheningThe grain refinement was finiteTherefore，when the Cr content increased considerably,the yield strength changed little，because of that although the effects of precipitation strengthening g increased，the grainfi
3、ne strengthening WaS finite，and the solution strengthening decreasedKeyword：V-Cr microalloying；yield strength；microstructure；precipitated carbide第页 武汉科技大学硕士学位论文武汉科技大学硕士学位论文 第V页目 录摘j12兽IAbs仃actII第一章文献综述111 微合金化钢的强韧机理l111微合金化钢1112合金元素的强化机理。l113微合金化元素的应用312钢筋生产的微合金化技术4121 国内外钢筋的生产工艺一4122 HRB400钢筋的微合金化生
4、产。7123钢筋微合金化生产的新趋势913铬元素对钢性能的影响9131 铬在钢中的作用9132铬在钢中作用机理的研究10133铬元素微合金化的研究现状1l14研究意义。11第二章实验研究方案1321 实验材料与方法1 322实验方案1 323试样的测试与分析14第三章Factsage热力学软件模拟计算一1731 Factsage热力学软件简介1732 Equilib模块的运用1933 Equilib模块的计算结果20第四章实验结果与分析一2441化学成分检测结果2442力学性能检测结果2443夹杂物对性能的影响2844金相组织结果2945扫描电镜观测3346透射电镜结果34第五章HRB400组
5、织一性能关系3751强化机制理论3752微合金钢中组织一性能关系37第vI页 武汉科技大学硕士学位论文53 vCr复合微合金化的强化方式38结 论。二40参考文献41致 谢44第1页第一章文献综述11微合金化钢的强韧机理111微合金化钢20世纪70年代在国际冶金界出现的新型冶金学科微合金化技术，是在普通的CMn钢或低合金钢中添加微量的强碳、强氮化物的形成元素进行合金化，通过高纯洁度的冶炼工艺炼钢，在加工过程中施以控制轧钢、控制冷却等工艺，通过控制、细化钢的晶粒和氮碳化物沉淀强化的物理冶金过程，“微合金化”是指元素(Nb、V、Ti、B等)在钢中的含量较低，通常质量分数低于01【l】。微合金化钢的
6、理论和技术自1960年起取得重要进展，将Hall。Petch关系式应用于描述低碳钢和微合金钢的强度与晶粒尺寸的关系，明确提出了晶粒细化不仅有效提高钢的强度而且还可提高韧性，特别是改善钢的韧脆转折温度。标志性的国际会议“Microalloying75”对这一时期微合金化钢的开发及生产应用工作进行了充分的总结1231，确定了微合金化钢的地位和发展方向。上世纪80年代微合金化钢迅速发展，到90年代后期，世界主要钢铁生产国相继制定和实施新一代钢铁材料的重要发展计划，超细组织、高洁净度、高均匀度和高稳定性能的微合金化钢成为重要的发展趋势。微合金化钢的生产和应用已成为衡量一个国家钢铁工业发展水平的重要指标
7、，目前，世界微合金化钢占钢材总量比例平均为100o-一15，-I-业化国家达到30左右，而我国不足5，世界微合金钢生产中钒的消耗量已经达吨钢005Kg，铌的消耗强度已经达到吨钢O8kg。我国自1979年引入钢的微合金化技术，经过不断的发展，钒的消耗强度约为吨钢0025,-0030kg，铌的消耗强度为吨钢001,-012kg。112合金元素的强化机理各种元素的微合金化作用对钢材性能的影响主要是在三个方面：细化晶粒产生的强化和韧化；固溶强化；析出强化。对于不同的钢种，其强化方式各有不同，可以是单一的强化方式也可以是多种强化方式的复合。细化晶粒是强化方式中唯一能够既提高强度又提高韧性的方式，并且使得
8、韧脆转变温度降低。作为钢的主要强化方式，细化晶粒强化的机理研究已相当深入，甚至可定量地计算出对屈服强度的贡献值，由HallPetch公式可计算晶粒细化对钢材屈服强度的贡献：=+kydl2其中为常数，代表晶界对强度的影响程度，与晶界的结构有关，d为晶粒直径；由上述公式可知，晶粒尺寸与屈服强度成反比例关系。随晶粒尺寸d的减小，屈服强度提高M】。晶粒细化可以提高材料的强度并保持一定韧性，普碳软钢中大约一半的强度来自第2页 武汉科技大学硕士学位论文此种强化手段；国内生产的一般钢材，铁素体晶粒尺寸约为1420“m，相应增量强度为131148MPa，发达国家生产钢材的铁素体晶粒为510pm，增加量为174
9、-278MPa：对低碳钢而言，形变强化相变或应变诱导动态相变的学术思路已被系统的实验证实为一种有效细化铁素体晶粒的途径，由于形变和相变同时进行，可以不断产生新的晶体缺陷，提供新的形核地点，使整个过程成为形核为主的过程，从而导致组织细化。实验证明，利用这一方法，可以使低碳钢铁素体晶粒细化到2,-,3岬p 71。通过细化晶粒，使钢的强度、硬度和塑性、韧性全面提高，达到强韧化的目的，己经在生产中获得广泛的应用。细晶强化对于提高钢筋屈服强度的效果比较明显，但对钢筋抗拉强度影响不大，因此对于屈强比要求比较严格的III级钢筋来说，不能过于依赖细晶强化。固溶强化按溶质的存在方式，分为间隙固溶和置换固溶两类，
10、是以点状障碍物的形式起着阻碍位错运动的作用，置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子：间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中，C原子的间隙固溶强化是钢中经济、有效的强化方式。在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低，其一是因为溶质原子溶入基体中，造成基体晶格畸变，提高基体强度；其二是溶质原子进入位错张应力区，与位错产生弹性交互作用，阻止位错的运动，从而提高强度。合金元素的置换固溶强化效果很弱，成本较高，C、N间隙固溶强化将极大损坏韧性和焊接性能，所以固溶强化不是一种主要的强化手段【8】。析出强化也称为沉淀强化，是一种基体中分布有细小弥散的第二项质点而
11、产生强化的方法。析出相质点与运动位错间的相互作用是导致钢的屈服强度和流变应力提高的主要原因，质点与运动位错间的作用机制有两种【9】：1)即Orowan机制(也称绕越机制)是运动的位错当遇到具有较高硬度和一定形状、一定尺寸的沉淀相时，由于质点的强度足以抵抗位错作用于其上的局部应力，因而不发生切变或断裂；2)切过机制是当沉淀相与基体保持共格，而沉淀相质点的尺寸极小，并且能产生塑性变形时，运动着的位错将切过质点，使质点与基体一起产生形变，起到强化效果。强化效果与析出相的平均直径成反比，与析出相的体积分数的平方根成正比。根据雍歧龙等学者的有关理论【lo】，可以理论计算出微合金钢中主要碳氮化合物的尺寸，
12、钒的碳氮化合物的临界尺寸与实际的尺寸相近，所以确定了v(c、N)具有较强的析出强化效应。在Ti、V、Nb等微合金化元素中，由于V在奥氏体中的溶解度较大，而在铁素体中的溶解度甚小，所以奥氏体转变过程中具有最明显的析出强化作用，但是在奥氏体生成、长大过程中的作用较小。位错强化也是金属材料最有效的强化方式之一，林位错理论(forest dislocation)指出：当一个滑动位错在晶体中运动时，邻近的所有位错都有一个空间分布的应力场作用，可产生阻止位错运动的长程应力。位错强化是与位错密度成正比例变化的物理量，但是一般微合金化钢普遍是在高温下轧制变形，难以得到比较高的位错密度，且高温形变后位错将很快重新组合排列而形成亚晶，所以可忽略位错强化的作用。硕士学位论文 第3页在多晶体形变过程中，每个晶粒位向均会发生变化，最终将会出现向，钢中产生的各向异性，就形成织构强化作用。目前，织构对强并不明确，但有关研究工作表明，织构强化确实能在一定程度上提高钢材的强度。113微合金化元素的应用微合金元素多是钒(V)、铌(1妯)、钛(Ti)，也包括硼(B)、铝(A1)以及稀土(R-e)。V是我国富有的元素之一，但在钢中的含量一般均不大于05(除高速钢之外)，在低合金钢中，含V量一般为004-012(也有达到016-025)，其典型钢种的应用如表11。V
