高性能钢组织调控理论与技术基础研究.pdf

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1、项目名称：高性能钢的组织调控理论与技术基础研究首席科学家：董瀚钢铁研究总院起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：中国钢研科技集团公司一、研究内容针对“亚稳奥氏体相变与多相组织形成的现象、理论与控制”、“多相组织的多尺度表征、稳定性与性能控制机理”及“高性能钢夹杂物、析出相和多相组织基体组织相互关联与控制技术”等关键科学问题，选取建筑设施、汽车、能源用钢中的高端产品作为本项目的研究对象。根据钢材的服役性能的不同要求，研究高性能钢的组织调控理论和方法。对建筑设施用钢，通过从铁素体/珠光体

2、向非平衡贝氏体/马氏体的多相组织的调控，在提高强度同时，改善屈强比、焊接性能、耐火性能等；对汽车用钢，通过控制亚稳奥氏体相变和多相组织得形成，实现高强度化、超高强度化和高塑性化，从而保证汽车轻量化和提高碰撞安全性；对能源用钢，控制马氏体耐热钢高温服役时的组织演变，提高组织稳定性。为获得期望组织和性能，需要研究亚稳奥氏体相变规律及多相组织的多尺度表征，同时还要研究冶炼和凝固过程中三类钢的钢液－夹杂物间相互作用和反应平衡程度，凝固均质化的等轴晶和柱状晶控制，获得高洁净度和高均匀度组织。各研究方向的具

3、体研究内容如下：1.第三代低合金钢的组织调控和高性能化研究（1）研究亚稳奥氏体相变规律及多相组织的形成，包括钢的成分、加工处理制度对各相的体积分数、分布状态和内部缺陷形态的影响。（2）研究多相组织的表征以及多相组织在范性流变过程中的变化，变形在不同相中的传递行为，晶体缺陷在范性变形中的行为与作用。（3）多相组织在热扰动下的演化行为及其在力学性能上的表现，各相的热稳定性及其在组织演变过程中的相互作用以及焊接区组织稳定性。2.第三代汽车用钢的组织调控和提高塑性的研究（1）研究亚稳奥氏体的相变规律及多

4、相组织的形成，包括应力与相变的交互作用以及碳的行为等。（2）研究多相组织的多尺度表征及控制方法，包括通过Q&P工艺实现亚稳奥氏体的含量、形态、分布、稳定性等控制。（3）研究亚稳奥氏体的稳定性，包括热稳定性、力学稳定性，以及相变诱发塑性与孪晶诱发塑性等。（4）研究高强度马氏体钢连接技术及其服役行为，包括焊接性能和延迟断裂行为等。（5）研究高性能汽车用钢新型制备方法过程中凝固组织、晶粒尺寸和元素配分的影响规律。3.第三代耐热钢高温环境下长期服役时组织演变规律研究（1）多元素复合强化马氏体锅炉钢长期服

5、役条件下回火马氏体组织精细结构演变及退化研究。（2）借助热力学软件，研究化学成分、工艺参数（如温度）等多因素关联影响条件下，各析出相的可能的演变过程。研究M23C6、M6C、MX、Laves相、硼化物、Z相等演变（形成和长大）的热力学和动力学规律，尤其是MX超细弥散相的稳定性和均匀性以及Z相的形成机理和控制机制。（3）高温蒸汽和煤烟气腐蚀环境下，材料的界面行为规律及其控制机制。（4）无碳马氏体锅炉钢的组织与力学行为研究。研究静态和热变形条件下无碳马氏体锅炉钢连续冷却转变中的相变行为，分析不同热变

6、形条件下钢中氮化物析出相。4.高洁净钢的夹杂物稳定性控制及均匀度控制的基础研究（1）研究高性能建筑用钢、汽车用钢、能源用钢韧塑性与夹杂物、均匀度之间的相关性以及基于服役性能要求的夹杂物控制目标。（2）研究炉渣－钢液和钢液－夹杂物间反应的平衡程度及其影响因素，以及钢液中微小夹杂物间聚合、长大、去除及其影响因素。（3）研究凝固过程中等轴晶的起源及增殖机理，第二相粒子的形成及细小弥散化，以及机械振动对柱状晶破碎的作用规律。（4）研究凝固过程传热的控制及其对形成等轴晶组织的作用，以及大型铸坯及铸锭凝固过

7、程均匀化技术的工程化应用。二、预期目标3.1总体目标1)在亚稳奥氏体相变现象和规律研究基础上，建立“多相、亚稳、多尺度”组织的形成理论与调控技术，奠定大幅度提高建筑设施、汽车和能源用钢等量大面广的钢铁材料性能的技术基础。2)在“新一代钢铁材料重大基础研究”和“提高钢铁质量和寿命的冶金学基础研究”两个973项目实现了钢铁材料强度与使用寿命双翻番后，本项目将针对建筑设施、汽车和能源用钢的高强度和高安全性需求，以大幅度提高塑韧性为主来改善高强度钢铁材料的服役性能，发展三类原型钢。3)围绕关键科学问题开

8、展研究工作，在钢铁材料理论上有所创新并形成有自主知识产权的钢铁材料工程技术，促进钢铁材料的减量化工作，改善能源转化利用效率，提高设施和装备的安全性。同时，培养钢铁材料研发方面的专家人才。3.2五年预期目标1.发展“多相、亚稳、多尺度”组织调控理论（1）高性能钢的亚稳奥氏体相变规律和多相组织形成理论，包括提高热轧材性能的组织控制理论，低碳超低碳贝氏体马氏体基体的多相组织形成现象和理论，塑性较目前钢提高一倍的多相组织获得理论等。（2）高性能钢的组织稳定性理论，包括高性能钢在温、力、蚀环境下的组织演变