超快速冷却、深过冷再等温条件下珠光体钢共析转变机理研究

The phase transformation conditions, such as cooling rate, undercooling, isothermal temperature et al., which usually concern the transformation process and the colony size, lamellar spacing of pearlite, need to do further research and study for the development of phase transformation mechanism. The research object of this study is the high-carbon steels for wire rod. The variation of the composition, crystal structure of the undercooled austenite and the transformation process during isothermal conditions after deep undercooling through ultra fast cooling will be investigated. Through the experimental condition, which separate the undercooled temperature and isothermal temperature, the change of the transformation driving force, nucleation mechanism, diffusion coefficient of carbon atom will be studied. This research will obtain the relationship and regularity between the concrete parameters, such as the grain size of prior austenite, cooling rate, undercooling, isothermal temperature, and the microstructure size of pearlitic steel. And determinate the TTT diagram of the pearlite during isothermal conditions after deep undercooling through ultra fast cooling. This study is important to the controlling of microstructure and property of pearlitic steels. Research results will guide the study on the relationship between microstructure size and mechanical properties of pearlitic steel and the application of advanced technique/process for high-performance wires.

珠光体相变中冷却速度、过冷度、等温温度等相变条件分别对珠光体相变过程以及珠光体团尺寸、片层间距等各个微观组织尺寸的影响还需要进一步的研究来支撑相变机制的发展。本项目以高碳盘条钢为研究对象，研究在超快速冷却到低温后，再进行等温的相变条件下，过冷奥氏体微区成分结构的变化以及对再等温过程珠光体相变过程的影响。通过分离过冷温度与等温温度的相关实验，研究不同时期相变驱动力、形核机制、碳原子扩散速率的变化。得到具体晶粒尺寸、过冷度、冷却速度、等温温度等相变条件与珠光体各层次微观组织尺寸的关系，构建快速深过冷再等温条件下珠光体转变TTT曲线。研究结果对珠光体微观组织控制，微观组织尺寸参量分别与各项力学性能的影响研究，高性能珠光体线材制备工艺开发具有重要的科学意义与应用背景。

细珠光体（索氏体）组织线材(0.6~0.9 %C)通过大应变冷拔后可大幅度提高强度，广泛应用与钢绳、钢绞线制造。目前钢丝生产过程无法替代“铅浴”工艺来解决铅污染问题以及高疲劳性能钢绳对钢丝韧塑性的要求，这都源于针对珠光体相变的应用研究完全沿用经典等温转变理论，力学性能指标的组织影响因素认识不清晰，对珠光体多层次组织尺寸控制缺乏创新思路。导致在开展“铅浴”替代工艺、高强韧性钢丝制造中无法脱离现有模式。.本项目主要讨论珠光体相变中过冷度、等温温度等条件分别对珠光体相变过程及珠光体团尺寸、片层间距组织尺寸的影响，进而探讨不同层次的珠光体组织与学性能的关系规律。本项目采用分离珠光体相变过冷温度与等温温度的技术方案探索了（1）高碳钢深过冷再等温条件下的转变动力学曲线；（2）提高珠光体转变过冷度，通过提高相变形核率来获得团尺寸细化的珠光体组织；（3）研究了珠光体细化后的拉伸性能，得出珠光体团尺寸对塑性性能的影响机制。. 研究表明:1）对中高碳钢奥氏体化后快速过冷到380-450 ℃温度保持一定时间，然后重新回到500-620 ℃完成等温转变过程的研究，发现过冷奥氏体孕育期延长，而珠光体转变速率提高，且珠光体转变动力学曲线上鼻尖由560℃增至590℃。2）通过观察比较深过冷再等温转变后与等温转变后的微观组织，索氏体团尺寸随过冷温度的降低及过冷时间的延长逐渐变均匀、细化（平均团尺寸由620℃直接等温的3.41um变为380℃-5s-620℃时的2.01um，片层间距则由138.96nm减小至96.46nm），这充分说明了在相同晶粒尺寸下，通过深过冷可提高珠光体形核率，从而细化珠光体团尺寸。3）力学性能测试结果表明，通过深过冷再等温的技术方案细化了珠光体团，大角度晶界密度显著增加，珠光体团尺寸均匀提高，由此在保证珠光体拉伸强度与等温转变一致的前提下，断面收缩率提高了26%，证明了珠光体团尺寸细化是提高塑性的有效手段之一。. 课题的科学意义体现在（1）分离了珠光体过冷温度与等温温度，研究了其转变动力学上出现的差异，这为珠光体等温转变理论提出新的发展思路；（2）通过相变过程的控制提高了珠光体形核率，实现了珠光体团尺寸的细化，实现了对珠光体多层次组织尺寸的控制。