奥氏体扁平化对低碳低合金钢中马氏体组织和强韧性的影响

Austenite pancaking by controlled rolling is an effective way to improve the strength and toughness of low carbon low alloy martensitic steels. However, the influence and mechanism of austenite pancaking on the microstructure, strength and toughness of martensite in low carbon low alloy steels have not been revealed in detail. In this project, therefore, the evolution of pancaked austenitic structure with rolling temperature and reduction during single and multi-pass hot rolling, and its effects on the microstructure, mechanical properties of martensite will be systematically investigated. The Ni-30Fe model alloy and a low carbon low alloy steel with 0.1% C and microalloying elements Nb, Ti will be employed as the experimental materials. Combining the calculation from the viewpoint of crystallography of martensite transformation, the crystallographic corresponding or quantitative relationship in the aspect of texture and substructure between pancaked austenite and martensite will be clarified. The mechanism of austenite pancaking (including grain refinement and hardening) on the morphology, size or density of martensite substructure and the strength and toughness of martensitic steels will be illuminated. This work will provide theoretical and experimental basis for the further improvement of the balance of strength and toughness in low carbon low alloy martensitic steels.

高温控轧促使奥氏体扁平化在提高低碳低合金马氏体钢的强韧性方面是行之有效的。然而，奥氏体扁平化对低碳低合金钢中马氏体组织和强韧性的影响规律和相关机理方面仍然缺乏深入的研究。本课题选取Ni-30Fe合金和一种含0.1%C、Nb,Ti微合金化的低合金钢进行实验研究，系统阐述单道次和多道次轧制过程中扁平奥氏体结构随轧制温度和压下量的演化规律及其对马氏体组织和强韧性的影响；结合马氏体相变晶体学方面的理论计算，分析扁平奥氏体的轧制织构、亚结构与板条马氏体的相变织构、亚结构的晶体学对应或定量关系，进而揭示奥氏体扁平化程度（包括晶粒细化和硬化）影响板条马氏体亚结构形貌、尺寸或密度和马氏体钢强韧性的相关机制。本工作将为进一步调控和优化低碳低合金马氏体钢的强韧性配合提供理论和实验依据。

细化晶粒是既能提高强度又能改善韧性的有效方法。奥氏体扁平化是一种细化奥氏体晶粒厚度的技术手段，被证实可以细化铁素体等相变组织。然而，马氏体具有相对复杂的亚结构，奥氏体扁平化对马氏体组织和强韧性的影响及其作用机理并不十分清楚。本项目主要开展了三个方面的研究工作：热变形奥氏体扁平化过程中的结构演变规律、奥氏体扁平化对板条马氏体亚结构的影响及其作用机理，以及奥氏体扁平化对低碳低合金马氏体钢强韧性的影响及其作用机理，较好的完成了预期研究目标，取得的重要进展或结果如下：.（1）阐明了热变形奥氏体晶粒和界面在扁平化过程中的演变规律。.（2）奥氏体扁平化引起奥氏体晶粒厚度减小和硬化，细化了马氏体板条束和板条块尺寸。奥氏体硬化是沿轧向板条块宽度细化的主要原因。.（3）奥氏体扁平化增加了马氏体大角度界面密度，同时提高了低碳低合金马氏体钢的强度和韧性：屈服强度900-1000MPa级，Akv(-30℃)冲击功180J，韧脆转变温度下降到-100℃以下，突破了相同强度级别传统调质型马氏体钢的强韧性水平。.（4）超薄扁平奥氏体具有三种主要的变形织构：Goss织构{110}<001>、copper织构{112}<111>和brass织构{110}<112>，导致相变马氏体具有较弱的{001}<110>织构和较强的{112}<110>和{111}<112>织构，使得钢板强度具有明显的各向异性，横向拉伸强度最高，偏离轧向15-30o的拉伸强度最低。马氏体{112}<110>织构是引起强度各向异性的主要原因。.（5）奥氏体扁平化后马氏体相变仍然遵循K-S晶体学关系，但单个扁平奥氏体晶粒内部的晶体取向散乱，导致了马氏体相变在单个奥氏体晶粒水平上偏离理想K-S关系，且偏离程度随着奥氏体扁平化程度的增加而增加。.（6）以本项目基础研究结果为指导，采用奥氏体扁平化控轧工艺+在线直接淬火工艺，联合钢厂工业试制获得了低碳低合金高韧性Q960E钢板，Akv(-40℃)达130J-180J，比调质型Q960E钢板的提高50%-120%以上。