超快冷条件下含Nb钢析出行为机理及模型研究

基于前置式超快冷技术的含Nb钢升级轧制的基本思想是采用高速连续轧制，轧后立即进入超快冷固定硬化奥氏体组织、抑制Nb在奥氏体中析出，使Nb的析出粒子在铁素体甚至贝氏体中大量弥散析出，实现更高级别钢种的非低温降负荷轧制。采用该技术的难点在于利用超快冷保留变形能以实现Nb的低温相间析出。为此需要①研究超快冷对硬化奥氏体的固定作用和对变形能释放的抑制作用②研究超快冷条件下Nb在铁素体甚至贝氏体相变过程中低温析出行为和析出动力学曲线；包括析出粒子尺寸、形态、分布等③建立Nb在铁素体和贝氏体相变过程中的析出热力学和析出动力学数学模型以便于工艺的扩展和外延。本课题突破传统TMCP工艺终轧温度较低、部分再结晶区待温时间较长进而降低生产效率的不足，弥补传统数学模型不适用超快冷的缺憾。该成果不仅可以指导含Nb钢的现场生产，同时可以降低微合金元素Nb的使用量，降低了生产成本，符合我国国民经济可持续发展的要求。

含Nb钢广泛应用于汽车、桥梁、造船、航天等诸多领域。针对含Nb钢生产中存在的问题（如成本高、生产效率低等），本项目以某含Nb钢为研究对象，研究了超快冷条件下含Nb钢的析出行为，并建立了相应的数学模型。按照项目计划书中的内容，完成了既定目标。本项目取得了如下研究结果： . （1）确定了超快冷工艺轧制含Nb钢的最佳终轧温度约为910℃。超快冷可控制相变前奥氏体的形态，保留硬化奥氏体的缺陷，细化奥氏体晶粒。. （2）采用超快冷后，实现了Nb(CN)在铁素体和贝氏体相变过程中细小弥散析出。超快冷终冷温度处于铁素体相区可实现较小的析出粒子尺寸，最大的析出粒子密度和较大的析出相体积分数，有利于更好地发挥Nb的析出强化效果。. （3）建立了超快冷条件下Nb在铁素体中析出的热力学和动力学数学模型。其最大形核率温度为620℃，最快析出温度为700℃。计算的析出相体积分数与实测的析出相体积分数吻合良好。. （4）与低温轧制＋层流冷却工艺（析出粒子密度约为450个/μm²）相比，高温终轧＋超快冷新工艺（析出粒子密度约为1000个/μm²）得到的析出粒子密度更大，其析出强化效果可达70MPa。. （5）终轧温度和终冷温度相同时，采用UFC后，析出物粒子尺寸显著细化，超快冷条件下含Nb钢的主要强度机制为：细晶强化、相变强化、位错强化和析出强化。. 该研究结果已经应用于工业现场，产生了巨大的经济和社会效益。实现了含Nb船板钢AH32升级AH36；实现了含Nb高钢级管线钢无/少Mo的成分设计，降低了生产成本；实现了含Nb汽车大梁钢的低负荷、高效率轧制。. 该项目在实施过程中课题组共发表论文18篇,录用3篇；获授权专利1项；进行两项项目鉴定。该项目培养硕士研究生4名，博士研究生1名。. 本项目更好地发挥了Nb的析出强化效果，实现了含Nb钢生产的成本和工艺减量化，为我国资源的可持续发展做出了重要贡献。