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本文对Ti、Nb、Cu、N、C、Mn、S、B、Al在低碳贝氏体钢中第二相析出行为进行了计算,包括液相区、凝固过程、奥氏体中微合金元素析出热力学计算,铁素体中Cu单质析出计算和第二相析出动力学模型优化,采用TEM(JEM2100F)对低碳贝氏体钢第二相析出行为进行了实验研究,对硫化物析出原因做了较系统的分析讨论。
液相区计算表明,在温度1727~1515℃的液相区间没有析出物析出的可能。
对凝固过程的计算表明,凝固过程中只有TiN和少量的MnS析出,计算含Ti0.02~0.04%,N0.0025~0.005%的钢,TiN析出温度在1479~1483℃,增加含Ti、N量都可以提高TiN的开始析出温度。
奥氏体中TiCxN1-x、NbCxN1-x析出热力学计算表明,高温1000℃以上,以TiN析出为主,Ti、N化学配比(wTi/WN)影响TiCxN1-x中析出相比例,TiCxN1-x开始析出温度在1220~1340℃;含Nb0.02~0.06%钢,NbCxN1-x开始析出温度在900~1140℃,x值大于0.75,说明NbCxN1-x中NbC所占比例较多。
对奥氏体中硫化物的计算表明,含Mn1.5%、Cu0.4%、S0.0030%钢,MnS在Cu2S之前优先析出;随着S含量降低,在1206℃时Cu2S因实际固溶度积开始高于平衡固溶度积而析出。
铁索体中Cu单质平均界面能计算值σ在0.51J/m2左右,ε-Cu在特定温度下保温时,熟化速率随温度的下降不断减小,预测了ε-Cu强化效果。
对动力学模型进行了优化,引入界面能修正因子0.38,推导了动力学计算模型中常数B的理论值为1.365×1010;对含Nb贝氏体钢980℃和950℃不同应变速率和应变量计算表明,随着应变速率和应变量的增加,析出时间减少,最快析出温度在930℃.
实验室第二相实验研究表明,析出物有两部分组成:氧化物或先析出物为核心(TiN+TixO)和外围壳层(Fe,Mn,Cu)S,衍射斑标定MnS为面心结构,CuS为六角结构。MnS+CuS可成为轧制后中温转变时针状铁素体的形核点;铸坯中的CuS析出物沿晶界析出。