铌磷在直接合金化制备的耐候钢中对第二相析出、冲击韧性的相互作用机理研究

Niobium and phosphorus of Bayan Obo Ore can not be seperated effectively in the ironmaking and steelmaking process,and both get into steelslag phase,which is useless. Keep niobium and phosphorus both into steel phase as beneficial elements by the method of "direct alloying", and study the interaction mechanism of niobium and phosphorus for the second phase and impact toughness in weathering resistance steel. Niobium and phosphorus bearing iron as steelmaking raw material, to appraisal of refined weathering resistance steel qualitatively by means of quantifying inclusions, analysising precipitated phases, observing microstructure and tesing mechanical properities. To study the mechanism of precipitation strengthening, via theoretical analysis of strengthening mechanism, calculation and measurement of PTT and NrT curve respectively, obversing niobium precipitation by TEM etc, which is for optimizing refineing and reprocessing process. To analysis the impact fracture machanism by studying the effcet of niobium precipitation on crack developing, by studying the effect of elements segregation on impact toughness, such as carbon, manganese, phosphorus and niobium, as well as by the function mechanism of interaction of niobium and phosphorus for impact toughness. Aiming at improving the phosphorus bearing steel application, and providing fundamental basis for cooperative utilization of Bayan Obo symbiotic natural resources.

针对白云鄂博矿中铌、磷元素难于有效分离得不到利用的现状，应用"直接合金化"思路，将铌、磷共同作为有益元素保留在钢中，以其交互作用对于耐候钢中第二相和冲击韧性的作用机理研究开展工作。对比钢中夹杂物、析出物、组织形貌、力学性能等特征，对含铌磷铁水为原料制备的耐候钢进行质量的定性评价。利用第二相强化机制理论分析、PTT曲线计算及测定、NrT曲线计算及实验、析出相TEM分析等手段研究钢中含铌第二相的析出强化特征，用于优化冶炼及加工工艺。对冲击断口的断裂机理给予分析，探明含铌析出物对于裂纹扩展的作用，分析C、Mn、P、Nb等元素的偏析行为对于冲击韧性的影响，阐明铌磷相互作用对于冲击韧性的作用机理。本项目的开展，旨在增加高磷钢的应用，为白云鄂博共生资源协同利用提供理论基础。

针对白云鄂博矿中铌、磷元素难于有效分离得不到利用的现状，应用"直接合金化"思路，将铌、磷共同作为有益元素保留在钢中，在耐候钢和中锰TRIP钢两种体系中，研究铌、磷微合金化在钢材相变、组织、力学性能、冲击韧性等方面的作用规律，分析钢中铌、磷的存在形式，探讨其相互作用机理。主要结论如下：（1）铌在高磷耐候钢中对于强度贡献有限，对于热轧钢板平行于轧向和垂直于轧向的冲击韧性影响不同，0.042wt%Nb含量时平行于轧向的冲击性能最佳，但与垂直方向差异性最大，而0.09wt%Nb含量时两个方向冲击韧性最接近。（2）在铁素体、贝氏体和少量珠光体的组织中，磷含量增加，铁素体体积分数增加，抗拉强度增加，通过纳米硬度对比分析得出磷对于抗拉强度的贡献体现在强化铁素体相上。（3）磷可以提高完全奥氏体化温度，使得在同样温度奥氏体化时，磷含量高的试样奥氏体晶粒较为细小。另一方面，使得奥氏体分解时，亚共析钢会出现更多的他形铁素体相；磷使得奥氏体分解时的铁素体相区更为稳定，甚至在80K/s冷速下依然会出现。（4）钢中含铌析出相多以碳氮化物复合形式出现，其复合析出形式在异质形核理论基础上，具有一定的取向优势，以方形氮化物为基相时较为明显。不同Nb含量下PTT曲线实验与计算吻合度较好，但NrT曲线受存在较多未溶相的影响，存在一定偏差。（5）通过Ob侵蚀、SEM、EBSD、AES、TEM等手段，对于不同热处理制度下的含磷相进行观察分析，得出磷偏析受退火制度、时效制度等条件所限，也受微合金元素Nb的影响，但限于磷在晶界的析出位置，不能通过衍射标定区分具体相结构。磷的偏析行为在动力学上应用扩散理论来分析，但目前的扩散、偏析数据不足以分析现有的实验现象。本项目的开展，旨在增加高磷钢的应用，为白云鄂博共生资源协同利用提供理论基础。