珠光体钢中冷变形诱导合金渗碳体分解的原子尺度研究

Micro-alloying is the prime means to improve the strength of pearlite steel wire, however, a convincing correlation between deformation and micro-alloying cementite decomposition in pearlite is still absent..In this project, we will analyze the evolution of the morphology of pearlite and the dislocations in ferrite lamellae under different deformation process conditions , as well as the variation of the proportion of cementite in pearlite, via atom probe tomography, M?ssbauer spectroscopy, transmission electron microscopy and other means. According to the evolution of the content and distribution of carbon in the ferrite/cementite during the deformation, along with the variation of partitioning of alloying elements between cementite and ferrite before and after deformation, we are going to reveal the influence of alloying elements on the cementite decomposition. We will investigate the phase partitioning between cementite and ferrite of the alloying elements, as well as the site-preference in cementite, using atom probe tomography, and create the crystal structure of alloying cementite for the first principle calculation. Using the first principle technique, we will study the electronic structures, magnetic properties of cementite(alloyed with V, Cr, Mn, Si, and so on), and try to find the effect of the content of alloying element, the replace sites in the cementite and the interaction of alloying elements to the stability of cementite. Basing on the evolution of microstructure of pearlite during deformation, we attempt to discuss the mechanism of deformation-induced micro-alloying cementite decomposition in pearlite steel..This work will extend the study of micro-alloying to deformation-induced cementite decomposition, not only the influence of alloying elements on the evolution of austenite recrystallization during hot rolling and eutectoid phase transition during cooling, which will promote the application of micro-alloying in the pearlite steel.

微合金化是高强度珠光体钢丝发展的主要趋势，然而对于微合金化珠光体钢在冷变形条件下的渗碳体分解机制尚缺乏深入的研究。.本项目将采用原子探针、穆斯堡尔谱、透射电子显微镜等手段，分析不同工艺条件下珠光体形貌、晶体学取向、位错状态的演变，以及渗碳体含量的变化规律；根据变形前后铁素体、渗碳体两相中的碳含量，及合金元素分配系数的变化规律，揭示合金元素对合金渗碳体分解的影响；研究合金元素在珠光体两相中的分配系数和择优占位，建立合金渗碳体计算模型，采用第一性原理计算分析合金种类、含量、择优占位（渗碳体晶体中8d、4c位），以及合金交互作用对合金渗碳体稳定性的影响；根据变形前后珠光体微观结构的演变规律，探索冷变形诱导合金渗碳体分解的机制。.本项目将珠光体钢微合金化问题的研究，从珠光体组织控制延伸至冷变形条件下的渗碳体分解，丰富了其研究内涵，有助于推动微合金化珠光体钢的深层次应用研究。

微合金化珠光体钢在大应变变形过程中表现出一系列独特的物理冶金学现象。为了剖析相关内在机理，项目组根据项目研究任务，从以下几个方面开展了相关研究工作：.（1）采用三维原子探针结合第一性原理计算的方法，研究发现在渗碳体/铁素体两相体系中，Mn元素倾向于固溶在渗碳体中，而Si元素倾向于固溶在铁素体中。Si-Mn原子的交互作用能表明， Si、Mn原子之间存在强烈的斥力。由于Si强烈倾向固溶在铁素体中，将导致铁素体中的Mn原子被排斥到渗碳体中，从而增大Mn原子在两相中的分配系数KMn。.（2）研究了珠光体钢冷拔变形中，硬脆相——渗碳体的变形机制，其包括两种机制：1）位错机制：应变量较小时，铁素体片层中的位错，沿着铁素体-渗碳体共格界面进入渗碳体，位错的持续切过，将渗碳体片分成不同位向的渗碳体粒子。2）转动机制：应变量较大时，由于铁素体-渗碳体共格关系已破坏，大量位错在界面附近堆积，难以进入渗碳体，产生显著的应力集中，推动渗碳体粒子转动，完成变形。.（3）采用穆斯堡尔谱分析的方法研究了钢丝拉拔速度对渗碳体分解现象的影响。结果显示，不同拉拔速度的钢丝在拉拔过程中都发生渗碳体溶解现象。拉速较高时，由于钢丝温升较高，造成在强塑性变形中溶解的碳原子以渗碳体的形式重新析出。温升促进纳米渗碳体颗粒的析出，提高钢丝强度，但钢丝延伸率和扭转值等塑性指标均明显劣化。.（4）珠光体钢初始热轧盘条中无明显织构，随着冷拔变形量的增大，逐步出现择优取向，并以<110>织构为主。当冷拔变形量达到2.0左右时，<110>织构达到饱和。当冷变形珠光体钢中<110>织构达到饱和后，加工硬化率显著增大。通过控制珠光体钢<110>织构的遗传现象，加速织构的饱和，为超高强度冷拔珠光体钢丝的开发，提供了一条可行的新途径。.（5）由于SWRS87BM中Si含量较高，其固溶于铁素体相中。退火过程中，Si原子偏聚与渗碳体/铁素体界面，显著阻碍了C原子在两相间的扩散。因此，高Si含量导致强烈抑制渗碳体颗粒的长大，降低长大速率常数K。.（6）通过第一性原理计算，分析得知Mn原子倾向于替换渗碳体晶格中8d位Fe原子，并且可提高渗碳体相稳定性。模拟计算的XRD图谱与实验获得结果相吻合。..本项目将珠光体钢微合金化问题的研究，从珠光体组织控制延伸至冷变形条件下的渗碳体分解，有助于推动微合金化珠光体钢的深层次应用研