鈦微合金化鋼中鐵素體相變及納米相析出行為與機(jī)理研究.pdf

1、我國經(jīng)濟(jì)、社會的快速增長帶動了鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，同時也對鋼鐵材料的品種和質(zhì)量等提出了更高的要求，新一代鋼鐵材料向著高強(qiáng)度、高韌性、低成本、減量化的方向發(fā)展。特別是隨著人們對環(huán)境污染和礦產(chǎn)資源枯竭等問題的重視，微合金高強(qiáng)度鋼的開發(fā)和研究受到了越來越多的關(guān)注，細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作為改善鋼材綜合力學(xué)性能的主要途徑已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在微合金高強(qiáng)度鋼的開發(fā)和生產(chǎn)中，因此，如何充分發(fā)揮微合金元素在細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化方面的作用成為控軋控冷工藝開發(fā)的一個

2、關(guān)鍵問題。在中央高校基本科研業(yè)務(wù)費項目研究生科研創(chuàng)新項目(N110607006)的經(jīng)費支持下，本文以添加Ti、Nb、Mo等元素的微合金鋼為研究對象，利用熱模擬實驗系統(tǒng)研究了奧氏體高溫變形行為、連續(xù)冷卻相變行為、鐵素體相變及納米析出行為，豐富了鈦微合金鋼研究的一些基礎(chǔ)理論，討論了析出形式對鐵素體相微觀力學(xué)性能的影響，同時利用熱軋實驗研究了控軋控冷工藝參數(shù)對鈦微合金鋼力學(xué)性能和析出行為的影響，為現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。本文的主要工作和研

3、究成果如下:
　　(1)通過單道次壓縮實驗研究了鈦微合金鋼奧氏體高溫變形行為，分析了微合金元素以及變形參數(shù)對奧氏體動態(tài)再結(jié)晶的影響，同時建立了實驗鋼的變形抗力模型。結(jié)果表明，Ti、Nb、Mo的加入能夠提高奧氏體的流變應(yīng)力和熱變形激活能，抑制奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶，計算得到C-Mn、Ti、Ti-Nb、Ti-Nb-Mo實驗鋼的奧氏體熱變形激活能分別為351 kJ/mol、458kJ/mol、483kJ/mol、497kJ/mol。

4、　　(2)通過連續(xù)冷卻相變實驗研究了奧氏體在連續(xù)冷卻中的相變行為，繪制了實驗鋼的CCT曲線，分析了微合金元素、冷卻速率以及變形在奧氏體相變過程中的作用。結(jié)果表明，Ti、Nb、Mo的加入能夠提高奧氏體在連續(xù)冷卻過程中的穩(wěn)定性，抑制鐵素體和珠光體相變，促進(jìn)貝氏體相變;變形降低了奧氏體的穩(wěn)定性，提高了相變開始溫度，促進(jìn)了鐵素體相變，使鐵素體相變的C曲線向左移動。
　　(3)利用熱模擬技術(shù)系統(tǒng)研究了微合金元素、等溫時間、卷取前冷卻速率、卷

5、取溫度、卷取后冷卻速率以及變形對鈦微合金鋼鐵素體相變和納米析出行為的影響。研究結(jié)果表明，在卷取溫度為640℃時，Ti、Nb、Mo等元素的加入能細(xì)化鐵素體晶粒，同時在鐵素體中形成大量的納米析出相，顯著提高鐵素體的硬度;640℃等溫時，隨著等溫時間的增加，鐵素體的尺寸和體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，鐵素體中相間析出的面間距增大;隨著卷取前冷卻速率的增大，鐵素體的晶粒尺寸和鐵素體中納米析出的粒子尺寸減小，鐵素體的顯微硬度逐漸增大;隨著卷取溫度的降低，實驗

6、鋼的組織從鐵素體+珠光體向貝氏體轉(zhuǎn)變，鐵素體的晶粒尺寸逐漸減小，基體的顯微硬度先升高后降低，卷取溫度為640℃基體的顯微硬度最大，在卷取溫度為640℃和700℃時，鐵素體中發(fā)現(xiàn)了排列規(guī)則的相間析出，卷取溫度越高，相間析出的粒子尺寸和面間距越大;640℃卷取后，隨著冷卻速率的增大，實驗鋼的顯微組織從鐵素體+珠光體向貝氏體轉(zhuǎn)變，實驗鋼基體的顯微硬度呈現(xiàn)降低的趨勢，卷取后采用較小的冷卻速率同樣能獲得尺寸細(xì)小的鐵素體，而且能夠促進(jìn)微合金碳氮化物

7、在鐵素體中的析出;隨著變形程度的增加，鐵素體的顯微硬度先升高后降低，變形為22％時鐵素體的顯微硬度最大，變形的增加使相間析出的面間距增大。
　　(4)利用納米壓痕實驗研究了鐵素體中析出對其微觀力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，相同工藝下，C-Mn實驗鋼和Ti-Nb實驗鋼鐵素體的納米硬度分別為2.64GPa和4.19GPa，鐵素體中納米析出相將鐵素體的納米硬度提高了1.55GPa;卷取溫度為600℃、640℃和700℃時鐵素體的納米硬度分別

8、為3.90GPa、4.19GPa和3.60GPa。存在相間析出的鐵素體晶粒的載荷-深度曲線在壓入的初始階段會出現(xiàn)一個平臺，平臺的長度與相間析出面間距的大小有關(guān)。不同卷取溫度下鐵素體晶粒內(nèi)部納米硬度的變化規(guī)律不同，600℃時鐵素體晶界附近納米硬度最大，晶粒內(nèi)部納米硬度變化不大;640℃時鐵素體晶粒內(nèi)部的納米硬度基本不變;700℃時由于先形核的析出的消失和粗化，納米硬度隨離晶界距離的增加逐漸降低。
　　(5)控軋控冷工藝研究結(jié)果表明，

9、隨著終軋溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度先升高后降低，840℃終軋時實驗鋼的強(qiáng)度最高;卷取溫度從460℃升高到675℃時，強(qiáng)度先降低后升高，在675℃卷取時，由于析出強(qiáng)化作用的加強(qiáng)，具有很好的綜合力學(xué)性能;冷卻速率的增大能夠同時提高細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用從而提高實驗鋼的強(qiáng)度;Mo的加入細(xì)化了鐵素體晶粒和納米析出粒子，從而將屈服強(qiáng)度提高了25～35MPa;與卷取后石棉冷卻相比采用保溫+爐冷工藝屈服強(qiáng)度提高了94MPa，抗拉強(qiáng)度提高了54MP