硼及其它合金元素對鋼組織性能的影響(編輯修改稿)
2025-02-01 08:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 光體轉(zhuǎn)變曲線右移，但不能完全抑制先析鐵素體析出。 ?微量的硼 ( %) 在奧氏體晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析鐵素體析出。 ?鉬硼復(fù)合作用使過冷奧氏體向鐵素體的等溫轉(zhuǎn)變曲線進一步右移，使貝氏體轉(zhuǎn)變開始線明顯突出。提高了貝氏體淬透性。 2023/2/2 23 硼對鋼的相變的影響主要在于影響相變的孕育期，即“ C” 曲線中，恒溫下開始轉(zhuǎn)變前的時間，孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度。 211 硼對鋼相變的影響 211 硼對鋼相變的影響 ? 硼及其他元素對于 C曲線的影響 2023/2/2 24 211 硼對鋼相變的影響 ? 鋼中加入硼后，由于硼是偏聚傾向較大的元素，能偏聚于晶界，降低了碳原子在晶界上的偏聚濃度，有效地抑制了先共析鐵素體的析出，并對貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少，從而形成自己獨特的 “ C” 曲線形狀。 2023/2/2 25 實驗鋼動態(tài) “ C” 曲線 2023/2/2 26 211 硼對鋼相變的影響 ?奧氏體化的鋼過冷到 Bs(約550℃) 至 Ms溫度范圍等溫，將產(chǎn)生貝氏體轉(zhuǎn)變，也稱中溫轉(zhuǎn)變。它是介于擴散性珠光體轉(zhuǎn)變和非擴散性馬氏體轉(zhuǎn)變之間的一種中間轉(zhuǎn)變。 ?在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域沒有鐵原子的擴散，而是依靠切變進行奧氏體向鐵素體的點陣重構(gòu)，并通過碳原子的擴散進行碳化物的沉淀析出。 2023/2/2 27 211 硼對鋼相變的影響 ?形成溫度較高 ?呈羽毛狀 ?性能較差 ? 形成溫度低 ? 其中鐵素體片較細(xì)，且是位錯亞結(jié)構(gòu)，碳化物的彌散度也大，呈針狀 ? 性能優(yōu)良 上貝氏體 下貝氏體 ? 形成溫度較高 ? 由塊狀鐵素體和島狀的富碳奧氏體組成 ? 性能優(yōu)良 塊狀相 貝氏體轉(zhuǎn)變 2023/2/2 28 如圖所示，由不同冷卻速率下的低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線示意圖可知，對于鉬鋼， V1將發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變， v2發(fā)生上貝氏體轉(zhuǎn)變，v3發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變。而對于鉬硼鋼，其過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線明顯右移，表明在較低的冷卻速率下可發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。 211 硼對鋼相變的影響 低碳貝氏體鋼必須控制軋制與控制冷卻工藝，特別是嚴(yán)格地控制冷卻工藝，才能得到細(xì)小的貝氏體組織，以保證獲得優(yōu)良性能。 2023/2/2 29 強化晶界的機理： ? 硼偏集于晶界上 ， 使晶界區(qū)域的晶格缺位和空穴減少 ， 晶界自由能降低 ? 硼減緩了合金元素沿晶界的擴散過程 ? 硼能抑制晶界片層狀 、 胞狀析出相以及改善碳化物不均勻分布的狀態(tài) ， 改善了晶界狀態(tài) 212 硼強化晶界的機理 213 硼對低碳鋼晶粒尺寸的影響 ? 使奧氏體晶粒增大 在低碳鋼中隨硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，奧氏體晶粒尺寸明顯增大。 由于鋼中 B與 N形成 BN，減少了 AlN的生成數(shù)量，在升溫過程中， BN先溶解于奧氏體，而 AlN數(shù)量很少，所以奧氏體晶粒長大不受阻礙。 提高奧氏體化溫度， B對奧氏體晶粒長大的作用會更加明顯。 在 600～ 900℃ 范圍內(nèi)， Fe23(B2,C)6會在 γ晶界析出，如奧氏體化溫度較低時， Fe23(B2,C)6沒有完全溶解于奧氏體，殘留的非連續(xù)的 Fe23(B2,C)6會阻礙 γ晶粒長大；當(dāng)提高奧氏體化溫度時， Fe23(B2,C)6會完全溶解，消除了其阻礙作用，使得 γ晶粒迅速長大。 2023/2/2 30 213 硼對低碳鋼晶粒尺寸的影響 ? 為了保證 B元素的 有利 作用， 減少有害作用， 須添加合金元素 Ti來固定雜質(zhì)元素 O、 N，從而 使 B處于固溶態(tài) ， 并偏聚于晶界以發(fā)揮其長處； 并且形成的 TiN、 TiO能 有效的 起到 細(xì)化晶粒 的作用 ；同時 Ti能抑制加熱時奧氏體晶粒的長大，并且微量的 Ti也有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性 。 2023/2/2 31 213 硼對低碳鋼晶粒尺寸的影響 ? 抑制鐵素體形核的可能代價：晶粒粗大！ 單位體積內(nèi)晶粒的平均數(shù)量用 Z表示，則在均勻條件下形核和成長時， Z與 N和 G的關(guān)系為： Z=K(N/G)3/4，其中 K為比例常數(shù)，約為 0.9。因此，在結(jié)晶過程中凡是減小 N而增大 G，即：使 N/G減小的方法，都可以使晶粒變粗大。 硼鋼中固溶硼在降溫過程中能夠在奧氏體晶界偏聚，降低了晶界能，可以阻礙先共析鐵素體在奧氏體晶界形核，因而在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時，形核率 N降低；而且，硼對晶粒的長大速度沒有影響，則 平均長大速度 G不變，從而使 N/G變小，晶粒數(shù) Z小，平均晶粒尺寸大。 2023/2/2 32 213 硼對低碳鋼組織性能的影響 綜上所述，硼對鋼組織性能的影響取決于： ? 鋼的化學(xué)成分 ? 軋制工藝，包括： ? 終軋溫度 ? 開冷溫度 ? 終冷溫度 ? 冷卻速度，等等 2023/2/2 33 2023/2/2 34 31 Case Study： Q690CFD鋼 材料化學(xué)成分 試樣號 爐號 C% Si% Mn%
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