1.2 熱軋(zhá)工(gōng)藝
采用不同的工藝對厚度為35~40mm試驗坯料進行熱軋試驗(yàn),再加熱時間(jiān)均為(wéi)30min;為了模擬(nǐ)工(gōng)業生產,熱軋試驗開軋溫度大於1020℃,經四道次軋製變形後終軋(zhá)溫度(dù)為900℃左右,成品厚度9mm,隨(suí)後(hòu)空冷(lěng)至(zhì)室溫或冷卻至(zhì)600℃卷取;熱軋(zhá)試驗機為Φ400四輥軋機。具體(tǐ)熱軋工(gōng)藝:工藝一:再加熱溫(wēn)度1100℃,空冷;工藝二(èr):再加熱溫度1200℃,空冷(lěng);工藝三:再加熱溫度1200℃,600℃卷取。熱(rè)軋各道次壓下量分配(pèi):400mm→30mm→22mm→16mm→12mm。
1.3 試驗方法
室溫力學(xué)性(xìng)能試樣按GB2975標準取樣並加工,按GB228標準進行性能測試,試驗設備為SANSWE-600材料試驗機;高溫性能(néng)試驗(yàn)取樣(yàng)、加工及測試均按GB4338標準執(zhí)行,試樣為直徑5mm圓形試樣,試驗設備為LJ-500高溫拉伸(shēn)試驗機(jī)。
采(cǎi)用金相顯微鏡分析試驗鋼的金相組織。采用H-800透射電鏡觀察淬(cuì)取複型試(shì)樣析出物形貌;用PHILIPS CM30+EDS-300KV掃描(miáo)電鏡進(jìn)行析出物薄片試樣微觀結構分析。
采用電解淬取相分析的方法定量分(fèn)析熱軋板中的析出釩含量。
2.1 不同再加熱溫度條件下V對熱軋組織的影響
對含V試(shì)驗鋼(gāng)與對比鋼(gāng)進行了不同再加熱溫度的熱軋(zhá)試驗,目的是了解V含量對組織的影響。表2為試驗(yàn)鋼的顯微組織及(jí)貝氏體+馬氏體組織分數。
表2 不同工藝的試驗鋼顯微組織及貝(bèi)氏體+馬氏體組織體積分(fèn)數
當再加熱溫度為1100℃時(工藝1),對比(bǐ)鋼與0.10%V、0.10%V+N試驗(yàn)鋼的金相(xiàng)組織均以鐵素體為主,對比鋼與0.10%V+N試驗鋼存(cún)在少量的貝氏體;當再加熱溫(wēn)度升(shēng)高後(工藝2),鐵素體(tǐ)晶粒尺寸略微減小(xiǎo),0.10%V試驗鋼和0.10%V+N試(shì)驗(yàn)鋼的(de)組織均為等軸鐵素體(tǐ)+少量珠光體,即在冷卻(què)速率較低的條件下,提高再加熱溫度後,增氮鋼不發生貝(bèi)氏體轉變;增(zēng)大冷卻(què)速度後(工藝3),因奧氏體晶粒細化,成品鐵素體(tǐ)晶粒尺寸進一(yī)步減小,且貝氏體組織(zhī)體積分數明顯提高;另外,含釩鋼的鐵素(sù)體數(shù)量比對比鋼高。與空(kōng)冷(lěng)的工藝2相比,組織得到明顯細(xì)化。試驗結果表明,增氮鋼的鐵素體晶粒(lì)尺寸(cùn)最(zuì)小,貝氏體組織體積分數(shù)最高。
2.2 不同熱軋工藝(yì)條件下V對(duì)拉伸性能的影響
研究不同(tóng)熱軋工藝條件下V對試驗鋼(gāng)室溫性(xìng)能及高溫性能的(de)影響,結果發現,試驗鋼的(de)屈(qū)服強度比值(zhí)(高溫與室溫屈服強度比)均大於0.67,滿足耐火(huǒ)鋼的要求。
而且,提高(gāo)再加熱溫度同時增大軋(zhá)製後冷卻速度(dù)能有效地提高試(shì)驗鋼的室(shì)溫(wēn)屈服強度及高溫強度;對比鋼添加0.10%V及(jí)0.10%V+N後,室溫屈服強度及高溫強(qiáng)度得到提高(對比鋼工藝2存(cún)在貝氏體組織除外)。
顯微組織以貝氏體為主(工藝(yì)3)時,添(tiān)加0.10%V使室溫和(hé)高溫屈服強度提高,特別是室溫屈服(fú)強度;當顯微組織以F+P為主時(工藝1和(hé)工藝2,但工藝2時(shí)貝氏體含量較高的對比鋼除外),添(tiān)加0.10%V同樣使室溫(wēn)和高(gāo)溫屈服強(qiáng)度提高,其中增氮(dàn)後的效果更好(hǎo)。
2.3 增氮對V析出的(de)影響
采用化學法定量分析了試驗鋼V析出情況(kuàng),結果見表3。根據試驗結果,含釩試驗鋼在3種工(gōng)藝(yì)條件下均存在不同程度的V析出量,提高再加熱溫度同時增大軋製後冷卻速度,V的析出量明顯增加(jiā),增氮鋼具有最大的V析(xī)出量。
表3 不同試樣鋼V析出量
通過透射電鏡分析0.10%V+N增氮鋼淬取複(fù)型試樣形(xíng)貌照(zhào)片以及薄(báo)片試樣微觀結構照片發現,試驗鋼的析出(chū)物主要以圓形、方形第二相粒子為(wéi)主,主要為V、Ti複合(hé)析出物及TiN粒子。提高再加熱溫度(dù)同時增大軋製後(hòu)冷卻速度能(néng)有效地提高析出物(wù)數量;工藝3對應最(zuì)高的V析出量。進一步(bù)的分析結果表明,0.10%V+N試驗鋼工藝3條件下在貝氏體鐵素(sù)體中沿位錯線存在細小析出物,產生(shēng)的析出強化效果與(yǔ)力學性能測(cè)試結(jié)果一致。
2.4 V在耐(nài)火鋼中的析出行為
向耐火鋼中添(tiān)加的V主要以固溶態或化合(hé)態存在於鋼中,其中,固溶V起強化(huà)鐵素體作用,並能有效地提高微觀組織(zhī)中的針狀鐵素體比例;化合V主(zhǔ)要形成VC或VN,以析出強化的方式提高鋼的強度。試驗結(jié)果表明,鋼中V含量增加時,析出釩數量增加,此外,增氮可促進熱軋板中釩的析出,特別是在加速冷卻條件下。
采用三維原子探針對含V耐火鋼熱軋態及600℃回火試樣V的存在形態進行了試驗研究(jiū)。試驗結果表明:熱軋試樣中V存在偏聚現象,與C元素偏聚(jù)行跡相似,對於尚未形成的偏聚V以相對穩定的V、C偏聚狀態存在(zài)於耐火(huǒ)鋼中。600℃回(huí)火後(hòu)V的偏聚與Cr、Mo、V元素偏聚行跡相(xiàng)似,600℃回火後(hòu)形成了Cr、Mo、V的複(fù)雜(zá)碳化物。
根據(jù)實驗室檢(jiǎn)驗結果,含(hán)V耐火鋼熱軋態存在貝氏體及少量馬氏體(tǐ)島(dǎo),在貝氏體鐵素體中還有馬氏體形成(chéng)時導致的位錯,NV主要出現在先共析鐵素體中。在600℃回火處理(lǐ)後,貝(bèi)氏體中的馬(mǎ)氏體島分解為回火索(suǒ)氏體,馬氏體、貝氏體、鐵素(sù)體的基體上出現大量細(xì)小的VN析(xī)出物。圖1及圖(tú)2為熱軋(zhá)態及600℃回火處理(lǐ)後析(xī)出物形貌。
圖1 熱軋態先共析(xī)鐵素體中的VN和位錯
圖2 600℃回火後的VN析出物
上述情況表明添加的V元素(sù)熱軋態(tài)被“隱藏”在馬氏體、貝氏體、鐵素體的(de)基體內,在(zài)加熱至600℃時析出(chū),從(cóng)而起著強化(huà)作用,V在熱軋態被固溶在基體內有利於耐火鋼的耐火性能。
3 結論
(1)含V試驗鋼與對比鋼的金相組織均以(yǐ)鐵素體(tǐ)為(wéi)主。隨再加熱溫度升高及冷卻(què)速(sù)度提高後(hòu),鐵素(sù)體數量增加,組織得到明顯細化。同一工藝條件下,試驗鋼添(tiān)加釩後,鐵素(sù)體數(shù)量增加。
(2)提(tí)高再加熱溫度同時增大軋(zhá)製後冷卻速度(dù)能有效地提(tí)高試驗鋼的室溫屈服強度及高溫強度;顯微組織以貝(bèi)氏體為主時,添加0.10%V使室溫和高溫屈服強度提高;顯微組織以F+P為主,添加0.10%V同樣使(shǐ)室溫和高溫屈服強度(dù)提高,增(zēng)氮後的效(xiào)果更好。
(3)V在耐火鋼中存在偏聚現象,熱軋態與C元素偏聚行跡(jì)相(xiàng)似,但是(shì)尚未形成VC析出相的V以相對穩定的V、C偏聚狀態被(bèi)“隱藏”在馬氏體、貝(bèi)氏體(tǐ)、鐵素體的基體內,在加熱至(zhì)600℃時析出,起著強化作用(yòng)。