共析钢连续大应变拉拔过程形变珠光体精细结构、织构与应力演化

基于共析钢大塑性形变及相变强化原理,可以制备新型高强度钢铁结构材料。其中利用大应变连续室温拉拔工艺制备的珠光体钢丝具有高强度和良好韧性的优点， 因而具有重要的工程应用背景。本项目针对大应变连续拉拔形变这一实际钢丝生产过程，开展形变珠光体精细结构、织构及应力演化等三个方面的系统研究。通过对形变珠光体组织结构演化特征，尤其是铁素体/渗碳体界面非晶层和界面位向关系演化的分析，并利用改进的三维原子探针扫描模式，重新研究渗碳体分解量及渗碳体分解应变阀值，阐明共析钢大应变拉拔过程组织结构演化及渗碳体分解机制。通过对两相织构及宏、微观织构演化的分析，结合中子衍射技术研究钢丝残余应力分布，阐明铁素体/渗碳体相互作用机理。同时建立基于罗德里格斯空间的钢丝织构表征及电子背散射衍射分析钢丝弹塑性形变技术。通过上述研究，揭示基于组织、织构及应力耦合作用模型的珠光体钢丝强化机理，为开发高性能珠光体钢丝提供理论基础。

本项目基于共析钢大塑性形变及相变强化原理,对室温大应变连续拉拔工艺制备的珠光体钢丝进行了研究。大应变连续拉拔形变钢丝结合高强度和良好的韧性，具有重要的工程应用背景。钢丝生产过程中经历连续拉拔形变，其中形变珠光体组织结构、织构及应力演化的耦合作用是钢丝强化机制的重要组成部分。项目基于X射线/电子衍射等技术对钢丝弹塑性形变过程和织构演化进行了系统的研究。研究表明，随着拉拔应变量的增大，珠光体团逐渐转向拉拔方向，同时珠光体组织急剧细化，即珠光体片层间距减小至数十纳米，同时位错密度急剧增加。连续拉拔形变导致钢丝的另一重要变化是使其出现显著的残余应力。X射线衍射结合逐层剥离技术分析揭示了钢丝表面及内部轴向、径向及周向应力的分布特征。初始盘条基本处于无应力的状态，经过8道次连续冷拉拔后，钢丝轴向拉应力增加至900MP左右，热机械处理可以显著的降低珠光体钢丝的残余应力水平同时稳定组织结构，从而钢丝体现优异的力学性能(更高的抗拉强度及屈强比)。钢丝的结构分析表明，初始盘条中铁素体的平均晶粒尺寸约为118.2nm,经过应变量为1.86的连续拉拔形变, 珠光体钢丝中的晶粒尺寸急剧减少到49.1nm。利用X射线轮廓分析对典型成分钢丝位错亚结构进行了模拟和分析，位错形态由盘条中以位错偶为主，逐步演化成钢丝内部更强烈位错堆积的特征。进一步，通过理论分析结合试验，系统研究了共析点附近两种成分珠光体钢丝的真实位错密度演化，结果显示：盘条的位错密度约为6×10e14/m2, 其拉拔钢丝的位错密度值随应变量增加而增大。当钢丝真应变达到2.77时，其位错密度急剧增大至1.5×10e16/m2量级，显示了钢丝内部强烈的应变强化组织特征。进一步的，位错密度在较高碳含量的钢丝中的增幅比较快，这说明在过共析钢中的铁素体片层由于更强固溶强化作用体现更明显的加工硬化趋势；当应变量大于2.0时，钢丝组织同时表现了加速位错增值的特点。基于X射线及电子背散射衍射技术的织构分析揭示钢丝内部织构的影响因素，ODF结合取向线分析进一步地给出了钢丝内部<110>轴向丝织构随工艺参数变化的演化规律。通过上述研究，揭示了基于组织、织构及应力耦合作用模型的珠光体钢丝强化机理，为开发高性能珠光体钢丝提供理论基础。