中碳钢轧制变形过程中碳化物球化的机理研究

以中碳钢碳化物在线直接球化为研究背景，提出以形变强化相变和温变形相结合的新工艺，以节约能源，减少生产工序，实现绿色制造。主要研究形变工艺参数（形变量、形变温度、形变速率）对形变储存能的影响规律以及形变储存能对动态铁素体相变和动态珠光体相变过程的的影响；对中碳钢过冷奥氏体变形时组织演变过程中碳原子的分布与扩散速率进行系统的研究，探讨中碳钢变形过程中动态相变和碳化物球化的热力学和动力学机制；研究动态铁素体和动态珠光体在温变形过程中的演变规律以及碳化物在温变形过程中发生球化的热力学及动力学机制；探讨动态铁素体相变、动态珠光体相变和碳化物直接球化的形核、长大理论；解决形变强化相变过程中动态铁素体相变、动态珠光体相变和温变形过程中碳化物发生球化的相关科学问题。该项目的研究为中碳钢碳化物在变形过程中直接球化并均匀分布提供理论基础和技术支撑。

以中碳钢碳化物在线直接球化为研究背景，利用热力模拟试验机、光学显微镜、扫描电镜以及电子背散射衍射等实验手段，系统研究了中碳钢形变过程中碳化物的球化机理。主要研究结果如下：. 通过对测得的实验钢的应力应变曲线进行处理分析，得出0.45%C中碳钢在650~920℃单向压缩过程中奥氏体的形变储存能与温度补偿形变速率因子Z参数的关系式。形变储存能随Z值的增加即形变温度的降低和形变速率的升高而增加；确定了实验钢发生形变诱导铁素体相变临界形变储存能为24.28J/mol和不同变形条件下临界变形量。. 通过热模拟形变强化相变过程，得到形变速率相同时，在一定的形变量下，形变诱导铁素体含量随形变温度的降低而增加，在650℃时DIF量最大达到48.21%；随着形变程度的增加，DIF量增加，并且在动态珠光体相变时渗碳体能够直接以短棒状或颗粒状析出；形变速率对DIF含量的影响规律为，在700℃以上，以20/s的形变速率形变后的DIF含量高于以10/s的形变速率下DIF含量，而在700℃以下，以10/s的形变速率形变后的DIF含量较高。. 温变形加快了珠光体的球化进程。在600℃、650℃和670℃形变时组织演变过程为，动态铁素体相变、动态珠光体相变、珠光体片层的变形、断裂、渗碳体片断裂成颗粒状、颗粒状渗碳体的近一步球化、渗碳体完全球化和熟化长大几个阶段。构建了在形变、浓度场的双重作用下碳在奥氏体动态相变中的扩散方程。.在一定的形变条件下，奥氏体晶粒越细小，形变过程中越容易发生动态珠光体相变，且碳化物的球化效果越好。试样形变后以较低的冷却速度直接冷却到室温时，碳化物的球化效果较好；在较高的温度形变，采用从形变温度快速冷却到700℃，然后再以较低的速度冷却到450℃后的控冷工艺其球化效果较好。