钛(Ti).doc

Ti 是最活泼的微合金元素,与 O、S、C、N 都有很强的亲和力。 Ti 可以在较高温度析出, 1 250 ℃高温时仍能够析出 Ti 的碳氮化物颗粒, 而在较低温度时其析出较少,故 Ti 一般用于高温析出来阻止奥氏体晶粒的长大,常与 V、 Nb 等复合添加。 Ti 较难溶于钢中,大部分是以第二相粒子的形式存在, Ti 的细小弥散的碳氮化物析出相能够有效地阻止奥氏体晶粒的长大, 具有中等的细化晶粒作用,而沉淀析出强化作用较大. TiN 的固溶度比 Nb 和V 都要低很多,因此生产冶炼的钢中 N的含量会很大程度上影响钢中可固溶的 Ti 的含量,从而对后续的 TiC 的析出产生影响;图 (B) 为一般冶炼条件下的 N 含量数值下(含 % ) 温度对微合金元素的影响。由图可以看出, 即使在 1300 ℃以上的高温仍几乎不溶,因此在传统轧制流程的加热过程中, TiN 仍以析出物形式存在,并可以起到钉扎奥氏体晶界而阻碍奥氏体晶粒长大的作用。而 NbN 和和 VN 在 1200 ℃以上固溶量可以达到 % 以上,在 1150 ℃时固溶量大概在 % 左右,考虑一般常用钢中的 Nb 和V 的添加量并不会太高, 因此可以认为在该温度条件下 NbN 和 VN 基本上全部固溶。当然, 降低加热温度可以保持一定量的未溶 NbN 和 VN 以抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大, 但是加热温度过低同时会影响钢中 NbC 和 VC 的溶解, 对于后续的析出强化过程不利。所以在利用微合金元素的氮化物颗粒以抑制奥氏体晶粒长大方面, Ti比 Nb 和V 更具有优势。但是这并不是说为了得到更多的 TiN 以阻止加热过程中奥氏体晶粒的长大, N 的含量越高越好,N 含量增多会使 TiN 的高温析出物增多, 但是同样会使 TiN 的颗粒增大,这对于抑制奥氏体晶粒长大不利。 Zener 由晶粒长大的驱动力和第二项粒子对晶粒长大的钉扎作用的平衡关系得到了反映第二相粒子阻止高温奥氏体长大的关系式: 由上式可以看出, TiN 颗粒析出体积分数增加并伴随着其尺寸增大的同时, 对阻碍加热过程中奥氏体晶粒长大并不会有很好的效果。此外 TiN 析出物的增多会减少后续的 TiC 析出可利用的 Ti 含量,对后续析出过程不利。在铁素体中, Nb 、V和 Ti 基本上都是以析出形式存在,几乎没有固溶。钛在钢中与合金元素氧、氮、硫、碳的亲和力大小依次递减, 并依次生成 Ti2O3 或 TiO2 、 TiN 、 Ti 4C2S2 、) 和 TiC 。钛的氧化物一般在冶炼过程中形成, 颗粒较大, 在钢中以夹杂物形式存在。而钛的氮、碳和硫化物的颗粒相对较小,可以起到细化晶粒和析出强化的作用。而且由于 Ti对S 的亲和性比 Mn 高,在钢中形成 Ti 的硫化物, 产生固硫的作用。 Ti 的硫化物呈球形,为刚性颗粒,降低析出或夹杂的危害,而 MnS 呈为可变形夹杂, 在变形过程中会在变形方向上严重拉长,不利材料性能。 TiN 在液相中即可析出,液析的 TiN 颗粒尺寸一般较大,达到微米级, 已成为钢中的夹杂。当控制连铸过程中钢液的过热度在较低的范围( 液相线以上 10℃~ 15℃)时, 可以得到较多的细小弥散的 TiN 颗粒,这种细小颗粒可以作为钢液的形核核心并细化铸态晶粒组织。同时加快冷却速率有利于细化晶粒并防止 TiN 过度长大,以降低 TiN 颗粒的不利影响。在铸坯凝固的初始过程中析出的 TiN 颗粒比之液析颗粒相对较小, 该种颗粒有较好的抑制奥氏体晶粒长大的能力。此外在热轧前的加热保温过程中,由于 TiN 基本不溶解,仍可起到很好的抑制奥氏体晶粒长大的作用。这对于细晶强化是有利的。) 和 Ti 4C2S2 析出温度相对较低,主要在热轧过程中析出,抑制奥氏体再结晶和奥氏体再结晶晶粒的长大,有明显的细晶强化作用。同时在相对温度较低, 变形较剧烈的精轧段诱导析出的尺寸为几十个纳米的析出物也具有一定的析出强化效果。 TiC 可以在变形过程中诱导析出,也会在轧后冷却的过程中析出,在变形过程中析出的 TiC 颗粒作用同) 和 Ti 4C2S2 类似,在层冷及冷后卷取过程中析出的 TiC 颗粒细小弥散,具有很强的析出强化效果,这也是 Ti 微合金元素析出强化最主要的部分。由于 Ti 发挥析出强化的组主要部分是细小的 TiC , 因此会导致形成大颗粒析出物的N和S对 Ti 的析出强化是不利的, 影响了钢中有效 Ti 的含量。首先, Ti 和钢中的其他合金元素 O、N、S 等的亲和性很强, 冶炼时这些化学成分的波动会直接影响有效 Ti 的含量, 从而导致最终性能产生波动。其次, Ti 的析出对生产过程中的工艺条件很敏感,即使同一炉钢,同一批坯料,由于轧制生产过程中加热工艺