Nb元素对含Ti低碳微合金钢动态连续冷却转变行为的影响

  微合金高强钢以其高强度、高韧性和优异的焊接性能而被广泛使用在建筑行业、桥梁建设、能源传输和汽车工业领域。这类钢采用低C成分设计保证良好的焊接性能,同时添加Nb、V、Ti和Mo等一种或多种微合金元素,主要通过细晶强化、固溶强化、相变强化和沉淀强化来保证钢的强度。过去研究人员认为添加微合金元素的主要作用是细晶强化,而析出强化的贡献很小。然而,近年来日本JFE钢铁公司研究人员以Ti-Mo微合金钢为基础成功开发出一种具有良好扩孔性能的高强钢,并将其商业命名为“NANOHITEN”,这类钢的特征是铁素体基体上分布着大量尺寸约为3nm的碳化物,对钢屈服强度的贡献可达300MPa。

  东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的研究者们以含Nb-Ti低碳微合金钢为研究对象,利用热模拟试验机测定了实验钢的动态CCT曲线,研究了Nb元素对实验钢连续冷却转变规律的影响,利用OM和TEM对等温淬火工艺处理后实验钢的显微组织及析出行为进行了研究。

  实验钢采用150kg真空感应熔炼并浇注,切取缩孔,锻为100mm×100mm×120mm的钢坯。将钢坯重新加热至1250℃保温2h,在实验室450mm二辊可逆热轧实验轧机上进行7道轧制,最终板厚约为12mm。将12mm厚钢板置于1250℃箱式电阻炉中保温72h,使碳化物尽可能完全溶解于基体,然后淬火至室温。从处理后的钢板上切取直径为Φ8mm、长15mm的标准热模拟试样。研究结果表明:

  (1)通过对比含Nb-Ti钢和含Ti钢的动态CCT曲线可知,Nb元素使得含Ti低碳微合金钢的动态CCT曲线整体向右下方移动,提高了实验钢的淬透性。

  (2)经等温淬火处理后的含Nb-Ti钢和含Ti钢的显微组织均由等温转变产生的铁素体和淬火产生的马氏体组成。

  (3)对含Nb-Ti钢和含Ti钢的析出物尺寸进行统计可知,其析出物平均尺寸分别为6、8、4.2nm,Nb元素增大了(Nb,Ti)C与基体之间应变能,使(Nb,Ti)C在等温过程中更易粗化。

  (4)利用Orowan机制对经等温淬火处理后的含Nb-Ti钢和含Ti钢的析出强化量进行估算,其析出强化量分别为90.6、142.3MPa。