nb微合金钢的高温塑性研究及应用

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1、Nb微合金钢的高温塑性研究及应用袁伟霞马勤学袁桂莲姜凤琴韩志强（武汉钢铁（集团）公司）（北京科技大学） 摘要：研究了国内工程中大量应用的中碳Nb微合金钢的高温塑性，得出了其脆性温度范围及其特征，分析了其脆性主要影响因素，并结合实际生产过程中出现的表面裂纹，对生产工艺参数和高温特性进行了综合分析。关键词：Nb微合金钢高温塑性塑性低谷表面裂纹 1前言随着钢产品向优质低耗高效化方向发展，微合金元素在钢铁产品中用途越来越广，用量越来越大。连铸技术的大力发展使连铸微合金钢的产量大大增加。与普通钢相比，微合金钢的连铸裂纹敏感性较强，生产难度较大。这些元素在高温下析出碳化物、氮化物及碳氮

2、化物，使钢的脆性明显提高，铸坯表面裂纹发生率较高。连铸坯表面裂纹的形成与钢的高温塑性密切相关，采用高温热模拟试验方法可以模拟连铸条件下钢所承受的应力应变组织变化。本文采用Gleeble-2000热模拟试验机测定了工程结构用含Nb钢的高温塑性，对其高温状态下的组织形态、断裂方式、碳化物析出等进行了形态研究，并对该研究结果在实际生产中的应用进行了分析讨论。 2试验方法所研究试样取自连铸大板坯，试样尺寸为Φ10mm×120mm，试样化学成分及对比试样的化学成分如表1所示。表1试验钢及对比试验钢化学成分%钢种CSiMnPSAlNbNA0.1540.2561.3980.0120.00

3、70.0260.0240.0042B0.1740.4101.5000.0160.0130.034-0.0042 高温塑性测试在Gleeble-2000热模拟实验机上进行。试验前测试室内先抽真空，然后采用氩气保护，以20℃/s的速率升温，达到1350℃后保温3min，然后以20℃/s的冷却速度降温至试样的拉伸变形温度，保温3min后以一定的应变速率进行高温拉伸试验，拉断后立即进行快速冷却以保留试样在试验温度下的组织形貌。图1为试验过程中工艺参数变化示意图。采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段对试样断口的组织形貌和析出物进行观察分析，同时采用电解相分析的方法对试样断口部分进

4、行分解，得到高温拉伸试验条件下析出物的数量，并将之与未进行拉伸的静态保温析出量进行了对比分析。3试验结果与分析3.1含Nb钢高温塑性特点图2为含Nb钢及对比钢种B在高温试样拉断时断面收缩率随温度的变化曲线。可以看到所试验钢种的高温塑性呈现明显的规律，在1300℃以上塑性很差，1300~1000℃范围内试样具有良好的塑性，断面收缩率保持在80%以上；试验温度降低至1000℃以后塑性又显著降低，在750~800℃塑性降低至低谷，断面收缩率在30%以下；随后随着温度的降低，塑性又缓慢回升。从两个钢种的塑性比较可以看出，B钢种塑性低谷窄而深，而含Nb钢塑性低谷略浅，但温度范围宽，在

5、930℃左右，断面收缩率才达到60%。 3.2应变速率对高温塑性的影响试验过程拉伸应变速率显著影响试样的高温塑性及高温强度。图3为不同试验温度条件下应变速率对断面收缩率的影响。在不同试验温度下，应变速率对高温塑性的影响不同。在750℃低温脆性区和1300℃高温脆性区进行拉伸，随着变形速率的降低，断面收缩率显著降低。而在1000℃条件下进行拉伸，应变速率对高温塑性影响不大。高温塑性的这一特点与这一温度区的组织转变有关。1300℃进行拉伸，随着应变速率的降低，高温奥氏体晶界的低熔点组元偏析增大，奥氏体晶粒粗化，应力分布不均匀，晶界应力集中严重，变形能力降低；在750℃奥氏体/铁

6、素体两相区，应变速率的降低意味着应力诱导相变时间的大大延长，进一步促进薄弱的沿晶低强度相的形成，必然导致其塑性的降低。在1000℃奥氏体稳定区，应变速率的降低对其组元偏析、组织转变、晶粒度等均无显著影响，使该温度区域始终保持良好的塑性。 3.3试样断口形貌及金相组织试样不同的高温塑性与其组织结构的变化密切相关。试样断口组织为贝氏体、索氏体和沿奥氏体晶界呈网状分布的铁素体。由于晶界铁素体薄膜的存在，破坏了组织的连续性，降低了晶界强度，使其塑性大幅度降低。由于试样在两相区停留的时间延长，铁素体网状薄膜层加厚，初生的铁素体薄膜的强度仅为基体奥氏体强度的1/4，造成晶界部位的应力进

7、一步集中，导致其塑性显著降低。试样高温断口的组织为，1000℃条件下断口组织为贝氏体+马氏体组织，1130℃条件下断口组织为粗大马氏体组织。 3.4含Nb钢塑性低谷特点与钢的基体成分相同，仅仅不含Nb的B钢种相比，含Nb钢的塑性低谷温度范围宽得多。在B钢种，存在奥氏体铁素体逐步相变的两相区脆性，使其在760~840℃范围内出现显著的塑性低谷，其最低塑性仅为16.4%。与此相比，含Nb钢在700~900℃温度范围内不仅存在相变诱导的两相区脆性，同时由于钢中Nb在该温度范围内主要沿奥氏体晶界析出NbCN，加剧了晶界的应