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(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)了鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，同時(shí)也對(duì)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(duì)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(gè)

2、關(guān)鍵問題。在中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(N110607006)的經(jīng)費(fèi)支持下，本文以添加Ti、Nb、Mo等元素的微合金鋼為研究對(duì)象，利用熱模擬實(shí)驗(yàn)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(duì)鐵素體相微觀力學(xué)性能的影響，同時(shí)利用熱軋實(shí)驗(yàn)研究了控軋控冷工藝參數(shù)對(duì)鈦微合金鋼力學(xué)性能和析出行為的影響，為現(xiàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(duì)奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，同時(shí)建立了實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶，計(jì)算得到C-Mn、Ti、Ti-Nb、Ti-Nb-Mo實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究了奧氏體在連續(xù)冷卻中的相變行為，繪制了實(shí)驗(yàn)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(dòng)。
　　(3)利用熱模擬技術(shù)系統(tǒng)研究了微合金元素、等溫時(shí)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(duì)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(shí)，Ti、Nb、Mo等元素的加入能細(xì)化鐵素體晶粒，同時(shí)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(shí)，隨著等溫時(shí)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(shí)驗(yàn)

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(shí)，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(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織從鐵素體+珠光體向貝氏體轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)鋼基體的顯微硬度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，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(shí)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(shí)驗(yàn)研究了鐵素體中析出對(duì)其微觀力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，相同工藝下，C-Mn實(shí)驗(yàn)鋼和Ti-Nb實(shí)驗(yàn)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(shí)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(huì)出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)的長(zhǎng)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(shí)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(shí)鐵素體晶粒內(nèi)部的納米硬度基本不變;700℃時(shí)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(shí)實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)度最高;卷取溫度從460℃升高到675℃時(shí)，強(qiáng)度先降低后升高，在675℃卷取時(shí)，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(shí)提高細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用從而提高實(shí)驗(yàn)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