含Ti低碳马氏体钢中析出相对有效晶粒尺寸的影响规律研究

The grain refinement is an effective method to improve the strength and toughness of the steel, especially for low carbon martensitic steel. Microalloyed technology is an important way to refine the grain size, so precipitation behavior of micro-alloyed elements play a key role in the grain refinement process. Martensite has complex multi-level structure, the control unit of strength and toughness in martensitic steel is effective grain size which include austenite grain size, packet size and block size. Until now, how the precipitates control the effective grain size in low carbon martensitic steel is not yet very clear. Our previous study found that the martensitic steels with different TiC precipitates had the similar austenite grain size, but the block size was significantly differen.Then, we propose that the precipitation behavior of Ti in low carbon martensitic steel can selectively refine the effective grain size, but the selective refinement mechanism is not clear. The aim of this research is to investigate the effect of precipitation behavior on the effective grain size in low carbon martensitic steel containing Ti, and reveal selective refinement mechanism for effective grain size refined by precipitates. The research sheds a deep light on the design and production process for making low carbon martensitic steel with high strength and toughness.

晶粒细化是同时提高钢铁材料强度与韧性的有效方法。微合金化是细化晶粒的重要手段，微合金元素的析出行为在细化晶粒的过程中起到关键作用。由于低碳马氏体组织具有复杂的多层次结构，控制其强度与韧性的有效晶粒尺寸包括原奥氏体晶粒尺寸，板条束尺寸和板条块尺寸。目前关于低碳马氏体钢中析出相是如何控制有效晶粒尺寸仍不十分清楚。前期研究发现具有不同TiC析出相的低碳马氏体钢在原奥氏体晶粒尺寸相同的情况下其板条块尺寸有较大差异，不同尺寸的析出相细化相应的有效晶粒，据此提出低碳马氏体钢中Ti元素的析出行为对有效晶粒尺寸的细化具有选择性,但是对于Ti析出行为细化有效晶粒尺寸的定性定量对应关系以及选择细化机制仍不清楚。本项目针对上述问题重点研究低碳马氏体钢中Ti元素析出行为对有效晶粒尺寸的影响规律，揭示析出行为对有效晶粒尺寸的选择性细化机制。研究成果对高强高韧低碳马氏体钢的成分设计与生产工艺的制定具有重要的指导意义。

本项目揭示了低碳马氏体钢中析出相对有效晶粒尺寸细化的选择性机制，包括：析出行为（析出量、析出尺寸）分别对奥氏体晶粒尺寸、板条束尺寸和板条块尺寸的影响规律及作用机制。研究发现：微合金元素添加后明显的细化低碳马氏体钢的原奥氏体晶粒组织，显著的提高了马氏体钢的强韧性；进一步添加元素含量并不能显著的细化原奥氏体晶粒，但是马氏体钢的有效晶粒尺寸（板条束尺寸、板条块尺寸）得到了进一步的细化，通过析出相析出行为的表征，建立了析出行为与晶粒尺寸的细化关系，证明了晶界处析出的微米与纳米级析出相（20-100nm）对原奥氏体晶粒的细化起主要作用，而纳米级析出相（1-5nm）对板条束与板条块的细化起主要作用。研究成果对高强高韧低碳马氏体钢的成分设计与生产工艺的制定具有重要的指导意义。.本项目重点研究了低碳马氏体钢中微合金元素Ti 的析出行为对有效晶粒尺寸的影响机制。定性定量揭示了低碳马氏体钢中微合金元素的析出行为对有效晶粒尺寸的细化作用规律。该问题在马氏体钢的组织细化方面具有普遍性，针对低碳马氏体钢亚结构的细化方面又具有其特殊性。该问题的解决有助于深入的认识析出相对马氏体组织的影响规律，完善低碳马氏体钢的强韧化机制，指导高强高韧低碳马氏体钢的合金成分设。项目的研究成果可以衍生出相应的析出相控制技术（通过合金设计与生产工艺的调节获得控制相应有效晶粒尺寸的析出相），为高强高韧低碳马氏体钢生产工艺的制定奠定理论基础