中厚板全铁素体纳米高强钢

抗拉强度随钛含量的关系
18
结果与探讨
力学性能
42 39
延伸率（%）
36
33
30
27 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
钛含量（%）
延伸率随钛含量的关系
19
结果与探讨
电镜观察
双喷样投射电镜析出物组态
20
结果与探讨
电镜观察
பைடு நூலகம்
50nm
萃取复型样透射电镜析出物组态
21
50nm ? 200Kx
-
-
1#
-
-
2# 3# 四种钢的强化机制
4#
23
结果与探讨
强化机理
高温下未溶解的微 合金氮化物的钉扎作阻 止奥氏体晶粒长大;轧制 温度下未溶解的或应变 诱导析出的微合金碳氮 阻止再结晶晶粒长大； 两方面作用，起细晶强 化。较低温度下沉淀析 出的尺寸非常细小的微 合金碳氮化物产生强烈 的沉淀强化效果
碳氮化物强化机理
24
结果与探讨
讨论
通过以上工艺，得到全铁素体组织。 从图上可以看出，铁素体晶粒尺寸随着钛含 量的增加而减小。这是因为由于微合金元素的 加入，一方面阻止奥氏体晶粒长大，另一方面 又能阻止奥氏体再结晶的发生，因而细化了铁 素体晶粒。
25
结果与探讨
讨论
四种试验钢中随Ti含量的增大，强度提高;主要原因 是由于Ti含量增加而引起的沉淀强化作用提高所致。 随钢中Ti含量增大，从铁素体中析出的碳氮化物也增 多，且析出相更细小，所以沉淀强化效果增大。 Ti含量较少时主要强化机制是细晶强化，而随着Ti含 量的增的主要强化机制是细晶强化和沉淀强化
3
纳米析出强化简介
人们在细晶强化方面已 经做了大量的工作，在目前 的工业生产条件下，己经能 够生产2一5um的细晶钢,但在 此基础上进一步细化，技术 难度增大。由图所示不同强 化方式对屈服强度和韧脆转 变温度的影响可知，除细晶 强化外的其他强化方法中， 析出强化的脆性矢量最小， 所以它是继续提高材料强度 的重要途径。
第2 阶段 （非再结晶温度区）轧制 铁素体 鼻子
600-700℃
弛豫
Ti-Mo-C
贝氏体 马氏体
时间
14
内容
1 纳米析出强化简介
2 中厚板纳米强化钢制备方法 3 4 结果与探讨 纳米强化钢的应用领域
15
结果与探讨
金相组织
1# 金相组织(200×）
2# 金相组织(200×）
16
结果与探讨
金相组织
30
纳米强化钢的应用领域
大线能焊接用高强船板钢
31
2018/3/7
32
0 ΔTS(MPa)
-
-50 Conventional steel hardened by precipitation TiC
-100 -
-150
-
-
80 60 20 40 Holding time (1×1000s) 纳米钢与传统析出强化钢的热 强性对比
-
-
100
纳米析出强化简介
总之：
若能将微合金碳氮化物析出相控制在 几个纳米的尺度，可产生上百兆帕的沉淀 强化增量。因此，国家高技术研究发展计 划(863计划)也非常重视纳米微合金碳氮化 物析出相的开发，将纳米钢专门立项，并 将开发低碳钢中的纳米析出相作为的重点 研究内容，来提高微合金钢的性能。
6
纳米析出强化简介
1000 抗 800 拉 强 度 600 增 量 （ 400 200 -
Precipitate
1 nm Precipitate 10 nm 700MPa
MPa)
0.4 0.6 TiC体积分数 % 碳化物体积分数与尺寸对抗拉 强度的贡献
0.2
0.8
纳米析出强化简介
50
Holding temperature 873K Nano precipitation
5
纳米析出强化简介
根据沉淀强化的orowan 机制，微合金碳氮化物 沉淀强化，其强化效果 基本正比于微合金碳氮 化物颗粒体积分数的二 分之一次方并与颗粒尺 寸成反比。并且微合金 碳氮化物颗粒尺寸的影 响远大于其体积分数的 影响，颗粒尺寸越小， 沉淀强化效果越好。
不同尺寸碳化铌颗粒对屈服强 度的影响
26
内容
1 纳米析出强化简介
2 中厚板纳米强化钢制备方法 3 结果与探讨
4 纳米强化钢的应用领域
27
纳米强化钢的应用领域
由于纳米钢有优异的性能，在各个方面都 得到了很大的应用。
具有良好抗热强性的高层建筑用钢
28
纳米强化钢的应用领域
高强度汽车大梁用钢
29
纳米强化钢的应用领域
良好低温韧性的压力容器用钢
不同微合金元素对与奥氏体晶 粒长大的关系
12
中厚板纳米强化钢制备方法
元素作用
降低PTT鼻子温度 使沉淀析出反应推迟 更析 细出 小物
Mo
降低C、N活度 系数
抑制碳化物在奥氏 体中析出
形成复和碳化物
细小弥撒
更强 高度
合金元素Mo 的作用
13
中厚板纳米强化钢制备方法
制备工艺
加热温度
温 度
第1 阶段 （再结晶温度区）轧制
结果与探讨
能谱分析
析出物能谱分析
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结果与探讨
强化机制
Strength of pure iron
800 600 -
Solid solution strengthening Grain refinement Strengthening
Precipitation Strengthening
400 200 -
3# 4# 0.04 0.2 1.55 <0.006 <0.003 0.0072 0.04 0.2 1.55 <0.006 <0.003 0.0077
其中，Ceq=0.36,Pcm=0.14
11
中厚板纳米强化钢制备方法
元素作用
Ti :Ti能改善钢的焊接性能
，添加适量的合金元素Ti， 形成稳定细小的析出相可有 效抑制焊接过程中晶粒长大 ，细化组织，提高焊接热影 响区的力学性能。 轧制过程 中，高温下未溶解的微合金 碳氮化物阻止奥氏体再结晶 晶粒长大，较低温度下沉淀 析出的尺寸非常细小的微合 金碳氮化物产生强烈的沉淀 强化效
中厚板全铁素体单位纳米析出 强化钢
蔡庆伍
北京科技大学 高效轧制国家工程研究中心 2009年12月
内容
1 2
纳米析出强化简介 中厚板纳米强化钢制备 结果与探讨 纳米强化钢的应用领域
3
4
2
纳米析出强化简介
强度和韧性是钢铁材料的主要使用性能， 如何在提高钢铁材料强度的同时，又不降 低它的韧性是钢铁材料研究开发的永恒主 体。常用的提高材料强度的方法有固溶强 化、位错强化、沉淀强化和细晶强化等， 在这些方法中，细晶强化是唯一能使材料 强度和韧性同时提高的最为有效的方法。
4
各种强化方式对屈服强度和韧脆 转变温度的影响
纳米析出强化简介
Nb、V、Ti等微合金元素碳氮化物有强烈阻止 形变奥氏体再结晶和晶粒长大，从而起到细化 晶粒作用。另外微合金元素的碳氮化物在基体 中沉淀析出，起沉淀强化的作用。若考虑微合 金元素对钢材韧性总的作用效果时，其脆化矢 量将有可能进一步降低而基本接近于零。因此， 采用微合金碳氮化物沉淀强化技术可提高钢材 的强度，并不降低塑、韧性，是一种提高钢材 使用性能的有效方法。
3# 金相组织(200×）
4# 金相组织(200×）
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结果与探讨
力学性能
500
550
450
500
屈服强度（MPa）
400
抗拉强度(MPa)
450
350
400
300
250 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
350 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
钛含量%
钛含量 %
屈服强度随钛含量的关系
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内容
1 纳米析出强化简介
2 中厚板纳米强化钢制备方法 3 4 结果与探讨 纳米强化钢的应用领域
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中厚板纳米强化钢制备方法
纳米钢成分(质量百分数）
编号 C Si Mn P S N Ti Mo 1# 0.04 0.2 1.55 <0.006 <0.003 0.0079 依次 成分 2# 0.04 0.2 1.55 <0.006 <0.003 0.0093 增加 不变