超級貝氏體鋼相變動力學及力學穩(wěn)定化機理研究.pdf

1、超級貝氏體鋼是依據超細晶粒鋼理論和組織調控思想發(fā)展起來的新一代鋼鐵材料，具有超高的強度和優(yōu)良的韌塑性，但其低溫轉變的特點決定了超長的貝氏體轉變時間，不利于工業(yè)生產，因此，如何縮短低溫貝氏體相變時間是需要解決的主要問題;此外，為使超級貝氏體鋼兼具超高強度、高韌塑性，需要對超級貝氏體鋼中貝氏體組織和殘余奧氏體的微結構（包括含量、形貌和分布等）進行合理調控。因此，深入研究超級貝氏體鋼的相變規(guī)律，建立超細貝氏體組織的形成理論和調控技術，成為貝氏

2、體鋼領域的重要科學問題。
　　本文以超級貝氏體鋼為研究對象，研究成分、熱處理工藝以及變形對超級貝氏體鋼相變、組織和性能的影響規(guī)律，尤其探索變形條件下貝氏體相變及奧氏體穩(wěn)定化規(guī)律，目的是闡明成分設計、加熱工藝和變形等對超級貝氏體鋼相變和組織性能的影響規(guī)律，揭示變形條件下奧氏體力學穩(wěn)定化機理，為超級貝氏體鋼微觀組織控制提供理論依據。主要研究了奧氏體化溫度、合金元素(添加Nb和Mo)和奧氏體預變形對貝氏體相變動力學和組織性能影響;采用原

3、位觀察研究了奧氏體長大和貝氏體相變動態(tài)過程，采用熱模擬膨脹量法分析了等溫過程中貝氏體相變量和相變速度變化情況，采用高溫顯微鏡(LSCM)、OM、SEM、TEM等觀察了貝氏體相變后的組織形貌及分布;采用XRD技術分析了變形條件下殘余奧氏體數量變化情況。主要的研究結論如下:
　　(1)對于中碳超級貝氏體鋼(0.40C-2.0Si-2.8Mn-0.04Al)，當奧氏體化溫度高于1100℃時，奧氏體晶粒會顯著長大，發(fā)生粗化現(xiàn)象，奧氏體晶粒

4、長大方式有三種，奧氏體晶界的遷移和擴張長大、多個晶粒合并成一個大晶粒長大以及中間晶粒被周圍晶粒分割和吞并長大，通過高溫顯微鏡觀察到奧氏體孿晶的動態(tài)演變和貝氏體形核過程;此外，貝氏體鐵素體在長大過程中由于取向方位不同，貝氏體板條之間會發(fā)生碰撞，產生“互鎖”現(xiàn)象，形成互鎖的貝氏體組織。
　　(2)提出通過熱模擬定量分析與高溫顯微鏡定性分析相結合的方法，研究加熱溫度對貝氏體相變和組織的影響規(guī)律，奧氏體化溫度越高，母相奧氏體晶粒尺寸越大，

5、貝氏體生長限制少，得到的貝氏體束越細長;提高奧氏體化溫度可以加速初始貝氏體相變，縮短貝氏體轉變時間，大尺寸奧氏體晶粒有利于貝氏體長大，促進貝氏體相變量，高溫奧氏體化促進貝氏體相變動力學。
　　(3)合金元素Nb(～0.025wt.％）和Mo(～0.14wt.％)影響低碳(～0.22wt.％C）超細高強貝氏體鋼相變、組織和性能，Nb和Mo復合添加，Nb具有細晶強化的作用，Mo可以促進貝氏體轉變，具有相變強化的作用，但Nb細化晶粒以后

6、阻礙貝氏體相變，減弱了Mo對貝氏體相變的促進作用，使復合添加Nb和Mo的強化效果與單獨添加Mo的效果類似;對于低碳貝氏體鋼，Mo添加明顯促進了貝氏體轉變，可以使低碳鋼的強塑積達到24.3GPa％，強化效果要優(yōu)于Nb(19.0GPa％)。對于低碳高強貝氏體鋼成分設計，添加了一定量的Mo以后，可以考慮不要添加Nb。此外，對于采用連續(xù)冷卻工藝生產的低碳高強貝氏體鋼，強塑積隨Mo含量增加先增加后基本保持不變，板條貝氏體(LB)和馬氏體(M)組織

7、增加是Mo鋼強度增加的主要原因，在綜合性能滿足要求的前提下，可以考慮降低Mo添加量，對本文所研究低碳貝氏體鋼，Mo添加量可以控制在0.14 wt.％。
　　(4)奧氏體預變形對貝氏體相變的影響取決于變形溫度和變形程度，高溫(860℃)變形(25％、50％)總是阻礙貝氏體相變，且隨變形量的增大阻礙增強，最終貝氏體轉變量都要小于無變形;低溫大變形(300℃，50％)加速初始貝氏體相變，但減少最終貝氏體轉變量，而低溫小變形(300℃，2

8、5％)促進貝氏體相變，為縮短無碳化物貝氏體鋼的生產時間提供了有效依據;初步建立了變形條件下的貝氏體相變動力學方程。
　　(5)對于中碳超級貝氏體鋼(0.40C-2.0Si-2.8Mn-0.04Al)，低溫(300℃)變形對貝氏體相變的促進效果隨應變量呈非線性變化，存在一個應變(300℃，10％)使貝氏體體積分數達到最大，貝氏體相變可以通過奧氏體預變形加速，但加速效果會因機械穩(wěn)定化作用增強而減弱，變形奧氏體最終貝氏體轉變量取決于加速

9、形核與長大受阻兩方面綜合作用;提出峰值應變(PVS)概念，當變形量小于峰值應變時，最終貝氏體體積分數隨應變量的增加而增大，當變形量大于峰值應變時，最終貝氏體體積分數隨應變量的增加而減小。
　　(6)關于變形溫度對峰值應變(PVS)的影響規(guī)律，峰值應變隨變形溫度增加而增大，且對應的最大貝氏體轉變量減少;當變形溫度一定時，長大受阻的消極效應隨應變量增大快速增強，而形核促進作用產生的積極效應逐漸消退，當兩者比率最大時，貝氏體量達到最大值

10、;此外，變形對貝氏體相變影響存在臨界應變ε0，應變小于ε0時，貝氏體量被促進，超過ε0，貝氏體轉變量被抑制;
　　(7)關于變形對奧氏體力學穩(wěn)定化影響，當應變量較大時，變形產生的位錯、晶界和亞晶界等缺陷會嚴重阻礙貝氏體束長大，使貝氏體相變受阻，這是奧氏體發(fā)生力學穩(wěn)定化的主要原因;變形條件下的殘余奧氏體數量取決于等溫過程中貝氏體量和冷卻過程馬氏體轉變量綜合影響，雖然低溫小變形促進貝氏體相變，使貝氏體量增加，但仍然有大量殘余奧氏體存在