12-20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb高温奥氏体化晶粒长大情况.ppt

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1、20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb高温奥氏体化晶粒长大情况高温奥氏体化晶粒长大情况 前言 奥氏体化加热温度、加热速度和保温时间决定了加热后钢的奥氏体化程度及其晶粒大小，并对其后的热处理和轧制工艺产生直接的影响。利用高温金相显微镜观察加热过程奥氏体晶粒的长大情况，是研究奥氏体晶粒长大粗化的主要方法。本次实验通过高温金相显微镜观察昆钢生产的20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb三种带肋钢筋高温下奥氏体晶粒长大情况，说明了加热温度和保温时间对奥氏体晶粒大小的影响，对合理制定钢的加热温度和保温时间提供了实验依据和参考。实验材料及方法 试验用钢为昆钢生产的带肋钢筋：20MnSi、20

2、MnSiV、20MnSiNb。其化学成分见表1。wt%钢号 C Si Mn S P V Nb20MnSi 0.20 0.51 1.36 0.026 0.021 -20MnSiV 0.24 0.57 1.43 0.020 0.018 0.084 -20MnSiNb 0.21 0.53 1.39 0.034 0.024 -0.011 表1 试验用钢的化学成分三种钢筋加工成D=10mm，L=10mm的金相样；每 种钢分别取两个试样，分成两组。将试样的横截面经研磨、抛光，然后放入HM-4型高温金相显微镜加热炉中，在真空（10-5乇）下进行实验。第1组试样以1320/min的加热速度加热至1150，并分

3、别在850、900、950、1000、1050、1100、1150这几个温度段都保温15分钟，并记录晶粒大小，拍照。第2组试样以1320/min的加热速度加热至1250，并保温2小时，每隔20分钟记录一次晶粒大小，拍照。实验结果 8501150晶粒长大情况 1250保温下晶粒长大情况 三种钢在8501150晶粒长大情况在各种不同温度下拍摄的20MnSi试样表面上同一区域的显微照片 在各种不同温度下拍摄的20MnSiV试样表面上同一区域的显微照片 在各种不同温度下拍摄的20MnSiNb试样表面上同一区域的显微照片 试验钢在加热时的奥氏体晶粒度 钢号 温度 奥氏体晶粒度 20MnSi 20MnSi

4、V 20MnSiNb 850 999.5900 88.59950 77.581000 4.55.561050 3.54.551100 2.53.541150 223三种钢的奥氏体晶粒粗化温度都在1000左右。三种钢当温度从950升高到1000时，晶粒开始呈跳跃式长大，晶粒面积大小增加了几倍。1250保温下晶粒长大情况 在1250的真空等温保温过程中20MnSiV试样表面上同一区域拍摄的显微照片 1250恒温下的奥氏体晶粒度 钢号 时间 奥氏体晶粒度 20MnSi20MnSiV20MnSiNb20min01240 min-10160 min-10180 min-101100 min-101120

5、 min-101三种钢在起初保温的40分钟内晶粒长大就已基本结束，在接下来的保温过程中晶粒大小几乎保持不变。以后个别晶粒大小的变化是进行得很慢的。分析与讨论 在950以下，奥氏体晶粒长大是较为缓慢的，并且晶粒大小保持均匀，晶粒形状保持相对稳定，平均晶粒尺寸随温度升高而平稳增加，这一长大过程称为正常晶粒的长大。到1000时晶粒明显粗化，晶粒大小不再保持均匀，出现少数较大的晶粒优先快速长大，逐步吞食掉其周围的大量小晶粒，这种晶粒长大的反常现象被称为异常晶粒的长大。异常晶粒的长大是由于正常晶粒长大受到阻碍，大多数晶粒长大比较困难，但个别晶粒突破了某种束缚而迅速长大，并逐渐吞食掉其周围长大速度缓慢的大

6、量晶粒，最后得到非常粗大的组织。在1250高温下保温40分钟后，晶粒长大的趋势几乎为零。图6是加热温度和保温时间对奥氏体晶粒度的影响。可以看到，在不同加热温度下，随着保温时间的延长，晶粒各有不同程度的长大，但长到一定的晶粒尺寸就几乎不再长大。图6 加热温度和保温时间对奥氏体晶粒度的影响 (试样用钢：0.48C，0.32Mn)这是因为，根据热力学的观点，金属在恒温下达到平衡时，系统与环境的自由焓之和为一极小值。因此，晶粒的形态都竭力使系统的自由焓保值最低值等式右面第一项为晶界面积改变所引起的能量变化，第二项为晶界迁移跨越系统的原子数目与化学位的乘积。金属界面达到平衡时，系统的自由焓为极小值，晶粒

7、长大的驱动力趋近为零。这时系统达到平衡，晶粒不再长大。20MnSiNb高温下保温2小时后晶粒明显要比20MnSi细小，从化学成分上看两种钢的成分基本相同，只是20MnSiNb在其中添加了微合金元素Nb。固溶铌同样可以阻碍晶粒长大，细化晶粒。根据公式：式中F(x)是溶质原子与晶界的亲和力；x是溶质原子与晶界的距离；G（x）是二者交互作用的自由能；当x无穷大时，有G（x）0。图8给出了函数G（x）、F(x)和溶质原子浓度分布函数c(x)与x的关系。可见溶质原子富集于晶界(x=0)f附近。在一定温度下，溶质原子可以在晶 图8 晶界附近杂质原子的自由能G与晶界交互作用力F及其浓度分布体的点阵内作扩散运

8、动，因此当晶界迁移时，富集其上的溶质原子会随之拖拽而动。这会造成晶界迁移的反向作用力，因此会阻碍晶界的移动。固溶铌通过溶质拖拽机制对位错的攀移运动起到了限制作用，使形变奥氏体的回复、再结晶受到抑制，造成组织细化。20MnSi、20MnSiNb在保温2小时后的显微照片 结论 20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb三种带肋钢筋高温下奥氏体晶粒在950以下时长大缓慢，1000时晶粒突然粗化。这主要是1000时大多数晶粒的长大受到阻碍，而个别晶粒突破了某种束缚迅速长大，并逐渐吞食掉其周围长大速度缓慢的大量晶粒，最后得到非常粗大的组织。在1250高温下保温40分钟后，晶粒长大趋于缓慢，此时热力学基本达到平衡，晶粒长大的驱动力也趋近为零，晶粒长大不明显，个别晶粒大小的变化进行得很慢。固溶铌对晶界的移动有拖拽作用，所以高温下20MnSiNb的奥氏体晶粒比20MnSi要细小。谢谢各位专家评委！