铁素体基Ti-Mo微合金钢单位纳米析出机制及控制方法

Ferrite has high microstructure stability and excellent toughness, but its strength is insufficient. Strengthening effect of traditional nanometer steel (<100nm) is limited. the strengthening effect will be greatly enhanced if the micro-alloy carbonitride control to units nanometer (<10nm). Ferrite matrix Ti-Mo steel with the excellent performance has a broad application prospects in the new generation of nuclear power steel, high-rise fire-resistant construction steel. The latest literature indicates that the research of Nb steel at home and abroad is more. Because technical method is not mature and theoretical research is not thorough sufficient, ferrite matrix Ti-Mo steel, especially units nanometer steel is blank. Therefore it is extremely necessary explore nanometer precipitation mechanism and control method of the ferrite matrix Ti-Mo steel. This project developed ferrite matrix unit nanometer steel, through which adopt optimizing component design, combination of laboratory thermo mechanical control process and thermal simulation. The research is based on the thermodynamic and kinetic calculations of thermo-calc software, and materials testing analysis techniques for the microstructure observation and theoretical analysis, This will lay a solid foundation for the next application of units nanometer steel through analysis precipitation mechanism and particles precipitates nucleation, growth, coarsening evolvement regulations.

铁素体基组织具有较高的组织稳定性和优良的塑韧性，但强度不足限制了在高强钢中的应用。传统纳米钢（<100nm）强化效果有限，如果将钢中微合金碳氮化物控制在单位纳米级（<10nm）,强化效果将大大增强。具有优良性能的全铁素体基Ti-Mo钢，在新一代核电、高层耐火建筑用钢中有着广泛的应用前景。最新资料表明，国内外对含Nb钢的研究较多，对全铁素体基Ti-Mo钢，特别是单位纳米钢的研究，由于理论研究不够深入，技术条件不够成熟，实属空白。因此探索全铁素体基Ti-Mo钢的单位纳米析出机理及控制方法非常必要。本项目采用优化成分设计，通过实验室控轧与热模拟相结合的方法，基于thermo-calc热力学和动力学计算，运用材料测试分析技术进行微观组织观察与理论分析，对组织演变进行控制，得到全铁素体Ti-Mo单位纳米钢。对析出物形核、长大、粗化机制进行分析，研究个位纳米粒子析出机理，为下一步生产应用奠定坚实的基础

设计了不同C、Ti 和Mo 含量的Ti-Mo 系高强钢，运用经典热动力学理论和试验相结合的方法，研究了纳米粒子在奥氏体和铁素体中的析出机理；同时，对相间析出行为采用溶质拖曳消耗理论和台阶机制的理论分析其形成的可能性；另外，采用3DAP 定量分析了卷取温度和Mo 含量对纳米粒子的形貌、大小、成分浓度分布等影响，研究了纳米粒子在形核时Ti、C 和Mo 原子的扩散行为；最后，研究了纳米的热稳定性，并通过理论计算合理解释了纳米粒子的粗化机理。.界面反应与扩散反应共同影响着Ti-Mo 微合金钢纳米粒子的长大、粗化过程。Mo 控制着界面反应，其中Ti 控制着扩散。同一时段和温度下，含Mo 钢中个位纳米级粒子的平均尺寸比不含Mo 钢的小，长大速率比不含Mo 钢的小，即Mo 能够降低熟化速率，是良好高温性能的主要原因。.(Ti,Mo)C粒子在等温阶段最快沉淀析出时间比在相变阶段的要长1个数量级，等温时间延长能够使得析出更充分，屈服和抗拉强度都增加，快冷能够有同样的效果，但两种情况机理并不同。等温后快冷，晶粒尺寸并没有减小，但使得在等温温度以下溶解的C化物，固溶在基体内，起固溶强化作用，钢的屈服强度和抗拉强度都有所增加。.动力学研究表明，应变产生的形变储能会促进第二相的形核，同时再结晶区轧制会减小形变储能，减缓第二相在奥氏体的形核。而奥氏体区析出的第二相越多，铁素体中细小第二相析出量越少，同时增大了临界形核尺寸，不利于析出强化。.理论计算得到最大形核率温度区间为600~640 ℃，而最快孕育析出鼻点温度区间为40~680 ℃。在卷取保温阶段，Ti 含量对最快析出温度区间的影响程度较大。相间析出的形核孕育时间虽然明显大于弥散析出形核方式，但是，Ti 含量对其影响则与弥散析出有一定程度差别,钢中的最快析出温度分别为600 ℃（相变阶段为700 ℃）、660 ℃（相变阶段为680 ℃）和720 ℃（相变阶段为740 ℃），因此，卷取阶段比相变阶段具有更低的温度选择趋势，而相间析出的纳米粒子最快析出温度随着Ti 含量的增加出现单调递增的趋势。