鉬鎢鈮對(duì)耐火建筑鋼組織和性能的影響_圖文

1、 同程度的出現(xiàn)了混晶現(xiàn)象,而混晶組織和魏氏體組織對(duì)鋼的沖擊韌性具有較大危害,會(huì)造成沖擊韌性的異常,這與表33沖擊試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)一致。而沖擊不合的鋼板,除其強(qiáng)度超高以外,軋制工藝制度是導(dǎo)致韌性異常的主要原因。因?yàn)?9#14#實(shí)驗(yàn)鋼首先經(jīng)過(guò)鍛打然后軋制的工藝路線進(jìn)行的。從組織結(jié)構(gòu)可以看出:組織中含有貝氏體和魏氏體組織,并且混晶現(xiàn)象嚴(yán)重,這些組織對(duì)鋼板的沖擊韌性具有較大的危害,而晶粒度也較粗大,組織結(jié)構(gòu)極不均勻。在軋制時(shí),由于軋制道次少,前三道次軋制溫度較高,達(dá)到1000以上,而且三道次軋制完畢后,厚度已經(jīng)接近最終要求厚度16mm。在沖水降溫使其溫度860時(shí),再進(jìn)行最后一道次軋制,但最后一道次壓下率非

2、常小。因此,可以認(rèn)為,混晶組織是在兩相區(qū)軋制溫度、終軋溫度過(guò)高造成的。而普碳鋼奧氏體在低溫軋制時(shí)很容易出現(xiàn)部分再結(jié)晶,再結(jié)晶奧氏體生成的鐵素體晶粒細(xì)小均勻,而未再結(jié)晶奧氏體生成的鐵素體晶粒尺寸相對(duì)較大,珠光體形貌呈條狀而非團(tuán)狀,因此,部分再結(jié)晶奧氏體晶粒生成鐵素體容易出現(xiàn)混晶現(xiàn)象,使材料性能出現(xiàn)各向異性,而混晶組織的出現(xiàn)雖然對(duì)強(qiáng)度影響不大,但對(duì)鋼板沖擊韌性的影響較大。同時(shí)鋼板組織中出現(xiàn)的魏氏組織對(duì)沖擊韌性也具有很大的危害。結(jié)合力學(xué)性能結(jié)果分析,混晶組織、魏氏組織、貝氏體組織的出現(xiàn)是造成沖擊韌性異常的原因。根據(jù)Hall-petch方程,室溫下,金屬的屈服強(qiáng)度與晶粒半徑的平方根成反比,也就是說(shuō)晶粒

3、越小,強(qiáng)度越高,這也成為現(xiàn)代金屬材料的一個(gè)主要強(qiáng)化方式,即細(xì)晶強(qiáng)化。從晶粒尺寸對(duì)強(qiáng)度的影響這個(gè)角度考慮,在低于等強(qiáng)溫度時(shí),晶粒應(yīng)該盡量小;但隨著溫度的升高,鋼的晶粒邊界強(qiáng)度逐漸降低,當(dāng)超過(guò)等強(qiáng)溫度時(shí),晶界的強(qiáng)度便低于晶粒本身的強(qiáng)度,這又會(huì)導(dǎo)致晶界滑移啟動(dòng),使蠕變性能降低。Uemod R等例認(rèn)為大晶粒會(huì)降低室溫屈服強(qiáng)度但提高高溫屈服強(qiáng)度。所以,對(duì)耐火鋼晶粒尺寸的考慮應(yīng)該綜合多方面的影響因素。 圖3-61#鋼組織圖3.74群鋼組織圖3-8甜鋼組織圖3.1l噼鋼組織圖3.10端鋼組織圖3-97群鋼組織圖3.12 1皚鋼組織 圖3131l撐鋼組織圖3.1513#鋼組織圖31412#鋼組織 圖3.161

4、4#鋼組織3.3.4透射電鏡觀察圖3.17為在透射電鏡中觀察到的1拌、4鋼中典型的第二相析出物形貌及其能譜?？梢?jiàn),在1群和4#鋼中,其晶界和晶內(nèi)均有較多的圓形、橢圓形第二相析出物,INCA能譜儀分析其主要成分均為Nbc,另有少量的Nb(C,N化合物析出,4#鋼還有極少量的Nb、Ti復(fù)合碳化物析出,其中4群鋼析出物尺寸相對(duì)較為粗大,尺寸較大的可達(dá)50m左右:l拌鋼析出物比較細(xì)小,僅有1011In左右,且分布更加均勻彌散。鋼中這種彌散析出的細(xì)小碳化物顆粒(NbC能強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的滑移與攀移,且碳化物顆粒彌散度愈大、尺寸愈小、穩(wěn)定性愈高,對(duì)鋼強(qiáng)化的效果就愈好,同時(shí)也是提高鋼高溫強(qiáng)度的有效方法。該鋼中還

5、含有Mo和V,但這兩個(gè)元素的固溶度積很高,900時(shí)基本上都固溶到奧氏體中,熱軋冷卻過(guò)程中未能析出,而且它們的碳氮化合物的形成傾向又沒(méi)有Nb、Ti高,所以透射電鏡中未能觀察到Mo和V的碳氮化合物。圖3.18圖320展示的是6#、7群、8撐試驗(yàn)鋼的析出物形貌及其分布形態(tài)?？梢?jiàn),6#試驗(yàn)鋼的組織主要為F+B+M/A島+少量P,其中F內(nèi)的位錯(cuò)密度高,析出相較多,尺寸主要在50200nm之間,類型為T(mén)iN,NbN的復(fù)合析出:7#試驗(yàn)鋼的組織主要為F+M/A島+少量B和P,其中F內(nèi)的位錯(cuò)密度也較高,析出相較6#略多,尺寸主要為100200nm 的TiN,NbN,TiC,NbC的復(fù)合析出;8撐試驗(yàn)鋼組織主要

6、為F+P+少量B,其中F等軸性較好,位錯(cuò)密度亦較低,晶粒大小不均,析出大小、類型與6#樣相似,為nN,NbN的復(fù)合析出,各試樣中均含有少量的夾雜物,能譜分析為MnS。析出相主要在晶內(nèi)析出,少量在晶界析出。透射電鏡同樣沒(méi)有檢測(cè)到W和V的碳氮化合物的析出,因?yàn)閣和Mo的性質(zhì)類似,它們的碳氮化合物的形成傾向沒(méi)有Nb、Ti高。 123456Full Sb138cb Curtt01.=,-0鵬0(28dskeV 1234567Full Scale165cls OartHxc.-0D63(30askeV(al孝鋼:(b馴鋼圖3.17試驗(yàn)鋼中典型的析出物形貌及能譜分析 圖3一18甜樣析出相及能譜 咖m1以k

7、.j Fe。.A012345S7:ulisce眙154ctsCursof.0161(0d3keV圖3.197群樣析出相及能譜 圖3208#樣析出相及能譜耐火鋼保持良好高溫性能的因素主要是微觀組織和合金元素的作用。有文獻(xiàn)報(bào)道,耐火鋼都具有復(fù)雜的組織形態(tài),主要是鐵素體、珠光體、少量貝氏體、少量馬氏體或M/A島 合會(huì)元素的3倍,它們同溶在Fe的基體中所以固溶強(qiáng)化的作用較大,效果明顯。此外周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)力場(chǎng),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)I。1,也有少量的Mo、W在600時(shí)以碳化物的形式析出,以沉淀強(qiáng)化的方式進(jìn)一步提高了鋼的強(qiáng)度F”。Mo、W在鋼中能增加碳化物的形核位置,使形成的碳化物更多更細(xì)小卜,因此,本試驗(yàn)鋼中,

8、隨著Mo(1#5拌鋼、W (甜7樣鋼含量的增加,強(qiáng)度也隨之增加,而由于M.A組織的出現(xiàn),韌性則有所下降。從沖擊斷口形貌(圖321也可以看出,3拌和8拌鋼主要以韌窩斷口為主,其0。C沖擊吸收功均在120J以上,主要是Mo、W的含量恰到好處,又有Cr、Nb、V等元素的復(fù)合作用而導(dǎo)致的。1群鋼則是解理斷口+少量韌窩斷口特征,原因是Mo的含量高,Cr、Nb、V元素又是起提高強(qiáng)度的作用。 (a3群鋼;(b8擎鋼;(cl群鋼圖3.21試驗(yàn)鋼沖擊斷口SEM照片3.4.2Nb對(duì)性能的影響同普通建筑鋼相比,在其他元素含量保持不變時(shí),微量Nb的加入可以明顯提高鋼的強(qiáng)度,尤其對(duì)高溫強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較大,因此,Nb應(yīng)是耐火

9、鋼中主要添加元素之一。在1捍 8#試驗(yàn)鋼中,均添加了微合金元素Nb,Nb是強(qiáng)碳化物形成元素,在高溫下具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,它主要通過(guò)沉淀強(qiáng)化來(lái)提高鋼的高溫強(qiáng)度。透射電鏡析出相觀察可知,1# 8#鋼中均有大量的Nb的碳氮化物在基體或晶界析出,但Nb在600時(shí)具有較大的擴(kuò)散系數(shù),容易長(zhǎng)大,特別是在擴(kuò)散系數(shù)很大的Ti的碳氮化物上析出,其Ti和Nb的復(fù)合碳化物 武漢科技大學(xué)碩十學(xué)位論文試樣號(hào)圖4.1正火態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼60012時(shí)l嫡。及Rvoa/RtL示意圖4.3組織結(jié)構(gòu)分析4.3.1光學(xué)顯微鏡觀察應(yīng)用OLYMPUS PME3.323UN光學(xué)顯微鏡觀察4種正火態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼的組織,結(jié)果見(jiàn)圖4.2圖4.5所示。含

10、W正火態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼的組織以鐵素體+珠光體+顆粒碳化物為主,隨著w含量的增多,質(zhì)點(diǎn)碳化物的量增加;含Nb正火態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼的組織以鐵素體+珠光體為主。實(shí)驗(yàn)鋼夾雜物均為氧化物和硫化物,晶粒度在911級(jí)之間,組織較為細(xì)小均勻。圖4-29#樣正火態(tài)組織圖4.310#樣正火態(tài)組織武漢科技大學(xué)碩十學(xué)位論文第36頁(yè) 圖4.412#樣正火態(tài)組織圖4.513撐樣正火態(tài)組織4.3.1掃描電鏡觀察應(yīng)用掃描電鏡對(duì)正火態(tài)實(shí)驗(yàn)鋼做進(jìn)一步的組織觀察、分析,結(jié)果如圖4一曲圖4-9所示。從掃描電鏡結(jié)果可以看出,試驗(yàn)鋼組織以等軸鐵素體和少量的珠光體為主,組織較為均勻,其中含w試驗(yàn)鋼組織中含有質(zhì)點(diǎn)碳化物,根據(jù)試驗(yàn)鋼成分推測(cè)很有可能是w的碳化

11、物(需作進(jìn)一步分析研究,且隨著w含量的增加而增多,這些質(zhì)點(diǎn)碳化物主要分布在晶界處,分布彌散且細(xì)小,而這種彌散分布的細(xì)小碳化物對(duì)鋼的耐火性具有良好的作用。 圖4.69舟樣掃描電鏡組織圖4.710#樣掃描電鏡組織 圖4.812#樣掃描電鏡組織圖4-913#樣掃描電鏡組織武漢科技大學(xué)碩十學(xué)位論文第37頁(yè)4.4透射電鏡觀察將9#、10#、12#、13f正火態(tài)試驗(yàn)鋼樣用雙噴電解儀拋光減薄,制成透射電鏡樣品,在JEM一2000FX II型透射電鏡中觀察組織和第二相,用INCA能譜儀對(duì)析出物及央雜物進(jìn)行成分分析,結(jié)果見(jiàn)圖4-10圖417。 圖4.109群樣的組織及析出相 1234512345F圳SceIel

12、85c【sCursor:.003B(144ctskeV FullScale240dsCursor:-0036(468ctskeV武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第38頁(yè)1234FuH SCaR 80'db oJr卸f.on弼(175as5】12345keV F堋sc日Ie 4asCws甜:_0腑(1d8圖4.11鰣樣析出相及能譜圖 圖4.12l讎樣的組織及析出相普?qǐng)D1lU。柚F§一A一-。-I I 246Full Scale 146cts Cursor:-0.061C keY 商圖2心五衛(wèi)五Fe 且一-。-r。l。-I。-。246FulI Scale 211cts Cursor:一0

13、.019I keV圖41310#樣析出相的能譜圖武漢科技大學(xué)碩十=學(xué)位淪文第39受 圖41412#樣的組織及析出相霄圈1灶Fe 趴 (2468101Full Scale 588cts Cursor;-0070(80ctskeV 霄田2九.T i F色從246Full Scale 891cts Cursor:0045(190ctskeV 圖4.1512撐樣析出相的能譜圖 圖41613撐樣的組織及析出相 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第44貝表5.1試驗(yàn)鋼的耐火性能比較5.2.2微觀組織觀察將做完持久試驗(yàn)的殘樣,分別制成由10×lOmmd、試樣,觀察其組織形貌。四種試驗(yàn)鋼的金相組織均比較細(xì)小,

14、且為鐵素體+極少量珠光體。其中11#鋼的晶粒尺寸約為30岬。12群鋼的晶粒尺寸約為20腿1。5.3透射電鏡觀察 色素。七01234567FS髑b139deOwsor:.0瑚(2矗。keV圖5.11l#試驗(yàn)鋼析出物形貌(TEM和能譜分析 Fsce172dsCLrs甜.0D44(dskeV圖5-212#試驗(yàn)鋼析出物形貌(TEM和能譜分析,。l ,豢扛武漢科技大學(xué)碩十學(xué)位論文第45頁(yè) 2、攝一七123456FScaleldscLrs毗.0050(2BdskeV 圖5-313#試驗(yàn)鋼析出物形貌(TEM和能譜分析 U 23455M.Senkl翻ds鉗賦.oD九a8d。酬圖5414#試驗(yàn)鋼析出物形貌(TE

15、M和能譜分析將高溫持久試驗(yàn)殘樣制成中10×lmm薄片,研磨機(jī)械拋光后,用雙噴電解儀拋光減薄,制成透射電鏡薄膜試樣,在JEM.2000FXII型透射電鏡中觀察其析出物,用INCA能譜儀對(duì)其析出相進(jìn)行成分分析。11#鋼中只有少量的球形TiC第二相析出,尺寸約為loo300nm左右(圖5-1。12#和13#鋼中晶界和晶內(nèi)有較多的圓形或橢圓形NbC第二相析出,尺寸較小的只有1011111左右,尺寸較大的約為100400hm左右(圖5.2、5.3,其中12#鋼中的析出物偏多。14#鋼中有少量的第二相析出#P3NbC,尺寸較小的很少,尺寸較大的約為100nm400咖(圖54。很顯然,12#和13#鋼的第二相析出物比11撐和14#的析出物要多,且含有較多尺寸較小的NbC。5.4分析與討