低碳納米貝氏體鋼的組織細化機理及強韌性控制

《低碳納米貝氏體鋼的組織細化機理及強韌性控制》是依託東北大學，由藍慧芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低碳納米貝氏體鋼的組織細化機理及強韌性控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：藍慧芳
• 依託單位：東北大學

中文摘要

本項目針對超高強度高碳納米貝氏體鋼韌性、焊接性能較差的問題，提出採用低碳含量、合理的合金成分設計和熱處理工藝開發低碳納米貝氏體鋼的方法。圍繞低碳納米貝氏體鋼相變過程中的熱力學、動力學、形態學以及強韌性控制機理開展研究。通過提高殘餘奧氏體穩定性抑制貝氏體板條聚結，弄清合金元素和熱處理工藝對低碳納米貝氏體鋼奧氏體穩定性的影響規律及機理，進而明確抑制低碳納米貝氏體板條聚結行為的機理。闡明合金元素對相變熱力學、動力學和形態學的影響規律，揭示殘餘奧氏體的穩定性及形態學因素對塑性和韌性的影響規律，據此建立低碳貝氏體鋼組織細化及強韌性控制的關鍵技術要點，找到控制低碳納米貝氏體鋼組織性能的關鍵工藝視窗，獲得抗拉強度高於1700MPa，延伸率高於20%，室溫衝擊吸收功高於100J的低碳納米貝氏體鋼的原型鋼。

結題摘要

本項目針對高C納米貝氏體鋼衝擊韌性和焊接性能差等問題，提出採用低C含量、Mn和Ni合金化成分設計思路，通過合理的熱處理路徑開發低碳納米貝氏體鋼的方法。研究了不同奧氏體晶粒尺寸及合金元素對貝氏體相變熱力學和動力學的影響規律；研究了奧氏體化條件、等溫淬火熱處理路徑對貝氏體聚結行為以及殘餘奧氏體的體積分數和穩定性的影響規律。闡明了奧氏體晶粒尺寸對聚結行為的控制機理以及對殘餘奧氏體和穩定性的影響規律；明確了殘餘奧氏體對強度、塑性和韌性的影響規律。 結果表明：（1）Mn含量的提高能夠降低Ms溫度，從而降低貝氏體相變溫度區間，但同時使貝氏體相變動力學變慢；Ms溫度及以下等溫，仍可發生貝氏體相變。（2）奧氏體晶粒尺寸減小，使奧氏體熱穩定性提高，從而使貝氏體相變動力學變慢。（3）奧氏體晶粒尺寸由54.5μm細化至10.5μm時，提供足夠多能夠抑制貝氏體板條長大的奧氏體晶界，縮小了貝氏體發生聚結的空間，從而有效抑制了貝氏體的聚結，獲得了平均寬度為~120nm的板條貝氏體。（4）貝氏體聚結伴隨著薄膜狀殘餘奧氏體的消失以及碳化物的析出，聚結貝氏體內部晶體學取向均勻，聚結的發生使有效晶粒尺寸顯著增大。（5）與兩階段熱處理工藝相比，奧氏體晶粒細化能夠更有效的抑制貝氏體的聚結，在奧氏體晶粒細化的基礎上，採用兩階段熱處理可以獲得更加均勻的組織。（6）通過抑制貝氏體聚結，使分布於貝氏體板條之間的薄膜狀殘餘奧氏體分數提高，同時由於消除了碳化物析出，殘餘奧氏體的穩定性和C濃度同時提高。（7）強塑積和延伸率與殘餘奧氏體的體積分數和C濃度的乘積呈正比。通過細化奧氏體晶粒尺寸有利於提高強塑性匹配。（8）聚結貝氏體無法阻礙裂紋的擴展，薄膜狀殘餘奧氏體具有高的穩定性，可以有效抑制裂紋的擴展，增加裂紋彎折次數，從而有效提高衝擊韌性。殘餘奧氏體體積分數和穩定性的提高有利於提高強度、塑性和韌性的匹配。