基体性能和位向关系对马氏体钢中亚稳奥氏体稳定性的影响

The plasticity and toughness of the martensitic steel can be optimized significantly by reasonably controlling the metastable austenite. Many researches indicate the mechanical stability of the metastable austenite is the essential factor that influences the balance of the strength, plasticity and toughness of martensitic steel. However, besides the chemical composition, the effect of other factors, which are related to the special characters of martensitic phase transformation, on the stability of the metastable austenite are ignored. This proposal will study this problem systematically by investigating the mechanical stability of the reversed austenite in ZG04Cr13Ni4Mo. In order to reveal the mechanism of some sepcial factors influencing the stress/strain partitioning, stability of the metastable asutenite in the complex multiphase steel during the deformation. The in situ synchrontron high energy X-ray radiation and dual phase crystal plasticity fenite element simulation will be used to study the effect of the matrix properties and phase orientation relationship on the reversed austenite stability, which is special for the metastable austenite in martensitic steel. The study will be useful to control the ZG04Cr13Ni4Mo mechanical properties accurately and extend its application range. In addition, this study will enrich the metastable austenite phase transformation theory in martensitic steel, as well as has significance on the optimizing the strength ductility balance of material by controlling the metastable austenite in theory and application.

合理利用亚稳奥氏体可有效改善马氏体钢的塑韧性。已有研究发现，形变过程中亚稳奥氏体的机械稳定性对材料的强度和塑韧性匹配有至关重要的影响。但目前研究仅关注化学成分对亚稳奥氏体机械稳定性的影响，而忽略了与马氏体钢中亚稳奥氏体特征密切相关的其它因素的影响。本项目以ZG04Cr13Ni4Mo钢中逆变奥氏体为研究对象，根据其结构特征，通过同步辐射原位观测和双相晶体塑性有限元模拟，着重研究ZG04Cr13Ni4Mo基体性能、基体与逆变奥氏体间位向关系对形变过程中逆变奥氏体机械稳定性的影响，揭示多相材料中，组成相本征性能和相间特殊位向关系影响形变过程中应力应变分配、亚稳奥氏体机械稳定性的微观机制。本研究不仅对精确控制ZG04Cr13Ni4Mo钢的性能,扩展其应用范围具有重要意义，也将丰富马氏体钢中亚稳奥氏体的相关研究，还将为合理利用亚稳奥氏体机械稳定性调控马氏体钢强韧性奠定基础。

合理利用亚稳奥氏体的形变诱导相变作用可有效改善马氏体钢的塑韧性。已有研究发现，形变过程中亚稳奥氏体的机械稳定性对材料的强度和塑韧性匹配有至关重要的影响。但目前研究仅关注化学成分对亚稳奥氏体机械稳定性的影响，而忽略了与马氏体钢中亚稳奥氏体特征密切相关的其它因素的影响。本项目研发了适用于上海同步辐射光源X射线衍射的小型原位拉伸装置；开发了包含形变诱导相变模拟的双相晶体塑性有限元程序；以ZG04Cr13Ni4Mo钢中逆变奥氏体为研究对象，重点研究了基体性能、基体与逆变奥氏体间位向关系对逆变奥氏体形变诱导相变的影响规律和机制。研究发现：1）在ZG04Cr13Ni4Mo钢室温单轴拉伸过程中，马氏体基体和逆变奥氏体相的强度直接影响逆变奥氏体的机械稳定性。逆变奥氏体相的屈服诱发形变诱导相变，基体马氏体的屈服进一步加速形变诱导相变速率。2）在宏观尺度上逆变奥氏体的形变诱导相变开始于材料的弹性变形阶段，属应力诱导相变；在微观尺度上逆变奥氏体相的屈服诱发了逆变奥氏体的形变诱导相变，属于应变诱导相变。3）逆变奥氏体和马氏体之间的特殊位向关系有利于逆变奥氏体中塑性变形向马氏体的传导，减少了相界面处的应力集中，提高了逆变奥氏体的机械稳定性。4）两相区回火处理过程中，在马氏体向奥氏体相变动力学、马氏体基体软化和逆变奥氏体中碳化物析出的共同作用下，室温下逆变奥氏体含量随回火保温时间呈现先增加后减小的变化规律。上述研究结果在相尺度上阐明了基体强度和特殊位向关系对逆变奥氏体机械稳定性的影响，揭示了马氏体钢中亚稳奥氏体的形变诱导相变机制，为精确控制逆变奥氏体的相变动力学进而实现对材料强度和塑韧性良好匹配的调控奠定了基础。项目执行期间发表SCI论文6篇，参加国际会议2次（其中邀请报告1次），国内会议1次，申请发明专利1项，授权实用新型专利1项。