材料加工组织性能控制(第四章)

4.2.2 影响Nb(C、N)析出的因素 (1)变形量和析出时间
开始随时间增 长而增加，但 很快达到饱和。
随变形量增加， 析出量增加。
图4-6 在含有0.06%C、0.041%Nb和0.0040%N的钢中，变形量对沉淀的影响 1-67%变形；2-50%变形；3-33%变形；4-17%变形
(2)变形温度
4. 微合金元素在控制轧制中的作用
HSLA钢中常用合金元素及夹杂元素分类：
1)微合金化元素：铌(Nb)、钒(V)、
控制钢的强
钛(Ti)、铝(Al)和硼(B)。
度、韧性、
2)置换元素：硅(Si)、锰(Mn)、 钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)和铬(Cr)。
相变显微组 织
3)夹杂及硫化物形状控制的添加元素：磷(P)、
总结：
铌在奥氏体中存在形式：1)加热时尚未溶到奥氏 体中的Nb(C、N)；2)固溶到奥氏中的铌；3)加热 时溶解、轧制过程中又由奥氏体中重新析出的 Nb(C、N)。轧制的不同阶段，其阻止奥氏体再结 晶是不同的。
图4-16 含铌钢在变形50%以后等温时间内的再结晶与沉淀 （0.10%C、0.99%Mn、0.04%Nb、0.008%N）
硫(S)、钙(Ca)、稀土金属(REM)及锆(Zr)。 影响
钢的塑性。
微合金化元素: 特点：与碳、氮结合成碳化物、氮化物和 碳氮化物，高温下溶解，低温下析出。 作用：(1)加热：阻碍原始奥氏体晶粒长 大；(2)轧制：抑制再结晶及再结晶后的晶 粒长大；(3)低温：析出强化作用。
特点： (1)TiN：
1）析出量相等时，未 再结晶区轧制所需时间 短。原因：
2）析出量一定时，在 高温所需等温时间短， 低温所需等温时间长。
图4-7 温度-时间-沉淀动力学曲线、形变对沉淀动力学的影响 规程1：在再结晶区变形、发生了再结晶
规程2：附加有未再结晶区变形、未发生再结晶
(3)钢的成分变化
不同成分的钢随 析出时间增加析 出量都增加，但 钢的成分不同， 析出量不同。
(2)出炉后到轧制前：
出炉后尚未变形
加热1200 C ， 分别冷到1050 C 、930 C 、 820 C ，钢中 析出物数量与 1200 C时未固 溶的量相当。
在轧制前，从固溶体中析出Nb(C、N)数量很少。
(3)在变形奥氏体中：
在 1图N0b904(00P-03)C：钢C：变在中约形沉析为后淀出5N0相Nb(1中b量C2、5的与NNÅ变)；b析量形在出占变1的0钢量0质0种和～点N变1b：2量形030的后0C～%停：5留0为Å时；1间1950的～0关27系0 Å。 析■出为质未点变大形小的与奥与氏变体形；温∆度为、形保变温量时43间%；有○关为。形变量73%
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图4-10 铌对三种基本成分相同钢的奥氏体晶粒度的影响（1h， 加热到1250C)
4.3.2 再结晶的延迟
(1) 微合金元素的作用
含铌量增加，再 结晶开始时间 显著延长。含碳 0.002％钢中， 几乎所有铌原子 均会固溶，会延 迟回复和再结晶 的发生。
图4-11 不同含铌量的0.002%C-1.54%Mn 钢中，铌含量对软化行为的影响
Nb Ti
V
图4-9 碳化物及氮化物形成元素的 含量对奥氏体晶粒粗化温度的影 响
作用：
铌、钛含量在0.10%以下时， 可以提高奥氏体粗化温度到 1050-1100C，作用明显。 高对止钒长含度奥晶在大量弥氏界小的大散体迁于作于的晶移00用..碳界，不1100氮起阻大%%时时化固止，，，物定晶当阻随小作界铌止合颗用长和晶金粒，大钒粒含，阻。 量的增多粗化温度继续提高， 当含量达到0.16%时则趋于稳 定，粗化温度不再提高。
（3）温度和含碳量的作用
图4-13 含铌0.097%的钢中，温度和 含碳量对软化行为的影响
含碳较高的钢 在900C和850C 时，软化速率比 含碳低的钢慢得 多，而在1000C 时，这两种钢几 乎表现出相同的 软化行为。
图4-14 0.002%C-0.097%Nb钢、0.006%C0.097%Nb钢和0.019%C-0.095%Nb钢于900C 时，碳氮化铌应变诱发沉淀析出的过程
图4-9 实验钢1000C变形时真应力-真应变曲线
（5） 微合金元素对再结晶数量的影响
图4-10 1000C终轧后晶粒再结晶面积百分率与析出Nb量的关系
（6） 微合金元素对再结晶速度的影响
图4-11 铌对含有0.05%C、1.8%Mn钢再结晶速度的影响
（7） 微合金元素对静态再结晶临界变形量的影响
图4-2 晶粒尺寸与加热温度的关系
4.2 控制轧制过程中微合金元素碳氮化合物 的析出 4.2.1 各阶段中Nb(C、N)的析出状态 (1)出炉前： 加热到1200C，均热2h：90%以上铌都固溶到 奥氏体基体中，有极少数粗大Nb(C、N)没有 固溶到奥氏体中。 1260C ：保温30min，Nb(C、N)全部溶解。
铌的碳化物或氮化物和碳 化铌引起的晶粒细化和沉 淀硬化。后者的强化效果 与加热时溶解的铌或钛的 含量有关。
图4-5 强度和韧-脆转变温度与含铌量和 含钛量的关系
图4-6 0.035%Nb钢和 0.15%Mo-0.035%Nb钢，强 度和韧-脆转变温度与含铌量 和含钒量的关系
(1)Nb：晶粒细化和中等的沉淀强化。 (2)Ti：含Ti量强烈的沉淀强化 产品的强度 ，晶粒细化 是中等的。含量高时： (3)V：中等程度的沉淀强化和较弱的晶粒细化，与它的重量百 分比成正比。
图4-14 铌对热轧1道次后的再结晶晶粒度的影响 （不含铌钢和含0.03%铌的钢的基本成分相同）
1-加热状态下含0.03%Nb的钢
2-加热到1250C后压下65%并且再结晶终了的不 含铌钢
3-加热到1250C后压下70%并且再结晶终了的含 0.03%铌钢
图4-15 在普碳钢和含铌钢中，单道次 的变形量和变形温度对再结晶奥氏体 晶粒尺寸的影响
图4-28 铌和钒对20mm厚的控制轧制钢板屈服强度和 缺口韧性（用夏比V型缺口，50%纤维状断口转变温度 来测量）的影响
1-无Nb；2-0.04%Nb；3-0.08%Nb；4-无V
图4-29 钒、铬、铜、镍和钼对在 1180760ºC温度范围内进行控制 轧制的15.4mm厚钢板屈服强度和 夏比V型缺口50%纤维状断口转变 温度（FATT）的影响 （所有钢板的基本成分为 0.09%C,1.35%Mn,0.30%Si）
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Nb(C、N)平均析出速度：
高温、低 温析出都 很慢。
终轧控温制度轧的制影就响是：应用这种微细的Nb(C、N)析出质 高温点轧固制定后亚（晶再界结而晶阻轧止制奥，氏如体10晶50粒C再）结:铌晶的，平达到 均析细出化速晶度粒不的大目、的析。出颗粒较大（ 200 Å左右）。
原因: 低温轧制后（未再结晶轧制，如900800C） ： 加大了铌的析出速度,析出颗粒细（ 50100Å ）。
图4-8 铌钢经50%变形 后在900C 时的沉淀图
曲线
钢号
铌，%
氮，%
碳，%
钼，%
1
76320
0.04
0.003
0.19
-
2
D43
0.04
0.008
0.10
-
3
D45
0.05
0.005
0.12
0.23
4
32675A 0.045
0.006
0.10
0.17
4.3 微量元素在控制轧制控制冷却中的作用 4.3.1 加热时阻止奥氏体晶粒长大
溶质铌只有在应变 诱发沉淀出现时， 才能起到延迟回复 和再结晶作用。
图4-15 0.002%C钢、0.002%C-0.097%Nb钢和 0.019%C-0.095%Nb钢的再结晶-速度-温度-时间和沉 淀析出-温度-时间曲线的叠加
（4）微合金元素对动态再结晶临界变形量的影响
机理：1）合金元素 偏析于晶粒边界而 引起的溶质原子的 拖拉作用；2）合 金元素的碳氮化合 物在晶界沉淀而引 起的钉扎作用。
VC： NbC和TiC： (2)晶格结构特点； (3)氮化物与碳化物的比 较； (4)含钛钢：首先形成氮 化钛。
图4-1 中碳化物和氮化物的溶度积
Hale Waihona Puke Baidu
对晶粒的细化作用：
特点： （1）铌钢： （2）钒钢和Si-Mn钢： （3）钛钢： 机理：沉淀对奥氏体晶 粒边界起钉扎作用使钛 钢具有高于1250℃的极 高的晶粒细化温度。
原因:
(4) 奥氏体向铁素体转变过程中 碳氮化物在和中的溶解度不同相变后，产 生快速析出。 相间析出（相间沉淀）： 冷却速度大、析出温度低相间沉淀排间距小 析出质点也小。 析出时间长质点长大。
（5）在铁素体内 相变后内剩余的固溶铌继续析出，质点大小决 定于冷却速度。
（6）冷却到室温，1015％左右的铌未从铁素体 中析出。
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图4-13铌对奥氏体再结晶临界压下率的影响（1道次） 1-加热温度1250C，0.13%Nb，晶粒度：1.7级 2-加热温度1250C，0.03%Nb，晶粒度：2.8级 3-加热温度1150C，0.03%Nb，晶粒度：2.4级 4-加热温度1250C，不含Nb，晶粒度：0.4级
（8） 微合金合金元素对再结晶晶粒大小的影响
1-100%再结晶；2-50%再结晶；3-0%再结晶；4-20%沉淀；550%沉淀；6-75%沉淀；7-100%沉淀
4.3.3 晶粒细化和沉淀硬化
实 验 条 件 ： 0.10%C— 0.25%Si—1.50 ％ Mn ， 加 热 温 度及终轧温度分别为1100℃和 780℃，900℃以下的总压下率 为70％。
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1-0.03%Nb,0.15%Cr,0.04%V,0.30%Ni； 2-0.03%Nb,0.04%V,0.20%Cr,0.20%Cu； 3-0.03%Nb,0.04%V,0.20%Cr；4-0.03%Nb,0.04%V 5-0.03%Nb,0.20%Mo；6-0.03%Nb
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 11.1520 .11.15S unday, November 15, 2020
图4-3 中的静态再结晶动力学 (a)Si-Mn钢；(b)含0.04%Nb的钢
预应变为0.50
图4-4 中的静态再结晶动力学 (含0.08%Ti的钢；(b)含0.10%V的 钢 变形温度900C预应变为0.50
（2）温度的作用
而对于含铌钢， 随温度的下降， 再结晶开始受到 显著延迟。
图4-12 含铌或不含铌的0.002%C1.56%Mn钢的软化行为与温度的关系