钒微合金化高强度低合金钢组织超细化与碳氮化物析出动力学研究

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1、东北大学博士学位论文摘要晶粒细化是提高钢铁材料强度但又不损害韧性的唯一方法。对钢铁材料超细组织的研究，已成为当前开发传统钢铁材料潜在性能的热点。通过采用形变诱导铁素体相变获得超细晶组织是有效手段之一。微合金化也是一种重要的细化晶粒的手段。钒作为一种理想的微合金化元素越来越受到人们的关注，尤其是在钒微合金化钢中添加氮会大大促进碳氮化物的析出，在得到沉淀强化的同时析出相也会起到细化晶粒的作用。将形变诱导铁索体相变和钒微合金化相结合对调控HSLA钢的组织、改善其性能、发挥HSLA钢的潜力、节约资源都具有重要的现实意义。本研究以O．1％C—1．0

2、％Mn的低碳钢为基础，熔炼了不含钒的参比钢和不同钒、氮含量的微合金化实验用钢，通过热模拟的实验方法对实验用钢在不同的温度范围(奥氏体再结晶区、奥氏体未再结晶区和诱导相变区)进行单道次或多道次热压缩变形，采用光学显微镜和透射电镜对显微组织进行观察，考察了在不同温度区间变形时变形参数(变形量、变形温度、变形速率等)、和钒微合金化对奥氏体动态再结晶、变形奥氏体连续冷却相交、形变诱导铁素体相变的影响；同时考察了钒微合金化钢中形变诱导铁索体组织在随后的控冷过程中的演变规律和钒的碳氮化物析出规律，并进一步探讨了变形和冷却参数以及钒微合金化在各个过程中

3、的影响机理。取得的结论如下：1、通过测定不同钒含量的钒微合金化钢的真应力一真应变曲线，研究了钒微合金化对高温奥氏体变形行为的影响。结果表明：(1)变形温度在900～1000"C区间，变形速率在0．1s～～ls‘1的变形条件下，钒含量少的实验钢易于发生动态再结晶。在相同的变形条件下，钒含量多的实验钢变形抗力大。(2)钢中钒含量的增加延缓了动态再结晶的进程。微合金化元素钒对动态再结晶的推迟作用主要来自固溶钒原子的拖曳作用。(3)实验钢中钒的质量分数从0．05l％增加到O．089％，奥氏体动态再结晶名义激活能增加了5lkJ／mol。2、采用膨胀

4、法测定了不同钒含量的钒微合金化钢的单道次和多道次变形的动态CCT曲线，研究了钒微合金化对连续冷却相变的影响。结果表明：(1)在未再结晶区变形后的连续冷却过程中，随着冷却速度的增大，粒状贝氏体的体积分数增加。(2)在未再结晶区变形时，多道次的累积变形(相同的变形条件下)可以获得与单道次变一I一东北大学博士学位论文捅墨形相同的效果。(3)随着钢中钒含量的增加，连续冷却过程中相变的开始温度略有增加。钒微合金化对粒状贝氏体相变有促进作用，随着钒含量的增加，粒状贝氏体的体积分数增加。3、以不含钒的参比钢和不同钒、氮含量钒微合金钢为研究对象，考察变形

5、参数、钒含量和氮含量对钒微合金化低碳钢在A。3卅，3温度区间大变形所发生的DIFT相变的影响，进一步探讨了动态析出与动态相变的相互影响规律。结果表明：(1)在本实验条件下，实验用钢都可以通过形变诱导铁索体相变的方法得到超细的铁素体组织。形变诱导铁素体的体积分数随应变量的增大而增加。大变形所导致的铁索体晶粒细化是伽动态相变和铁素体动态再结晶共同作用的结果。(2)固溶在基体中的钒对伽动态相变有抑制作用。随着变形量的增加，在形变诱导析出作用下，钒的碳氮化物在变形过程中快速的析出，碳氮化物的析出有利于7／a动态相变的进行。(3)钒微合金化钢中增加

6、氮的含量，可以促进钒在变形过程中的析出，进而促进了伽动态相变。(4)在大变形的条件下，其它的变形参数(变形前冷速，变形温度，变形速率)对诱导铁素体晶粒尺寸影响不大。在相同的变形条件下，钒微合金化钢的铁素体晶粒尺寸要小于不含钒的参比钢；并且钒含量越高，诱导铁素体晶粒越细小。(5)钒氮微合金化钢的诱导铁索体组织易于粗化，只有在一定的变形温度区间和较高的应变速率的变形条件下，才可以得到细小的诱导铁素体组织。4、以不含钒的参比钢和不同钒、氮含量钒微合金钢为研究对象，考察变形后的DIFT组织在连续冷却过程中和保温过程中的粗化行为，明确了微合金元素钒

7、对形变诱导组织粗化行为的影响和超细铁素体晶粒稳定的温度范围。结果表明：(1)由于形变诱导铁素体相变的不完全性，在变形后的冷却过程中剩余奥氏体转变为粗大的铁素体，与形变诱导铁素体一起形成混晶组织。(2)低碳钢形变诱导铁素体组织在变形后连续冷却过程中存在晶粒长大的终止温度，当冷却到低于此温度时晶粒停止长大。晶粒长大的终止温度和极限尺寸随冷却速度的改变而改变。(3)形变诱导铁素体组织在不同温度保温时存在保持晶粒尺寸稳定的温度上限，在低于该温度保温时由于晶界原子的迁移率较低，诱导铁素体晶粒长大不显著。(4)在变形后的冷却过程中，含钒量较少的实验钢

8、与不含钒的参比钢具有相近的晶粒长大速度，在较高温度等温时，含钒量较少的实验钢中钒对晶粒长大有一定阻碍作用。而含钒量较多的实验钢在连续冷却和等温过程中钒对晶粒长大的东北大学博士学位论文捅要抑制作