合金元素与热处理工艺对高强度工程结构钢相变、组织与性能的影响

In order to save energy and enhance cost effectiveness of heat treatment process during production of high strength engineering structurel steel plates,save alloying elements, ipmrove strength, toughness and weldability of this kind of steel plate with the aid of treatment, also due to the lack of fundamental study and data about heat treatment techniques for high strength engineering structurel steel plate, this proposal is to conduct systematical study about thermodynamic equilibrium relationship of the relevant multi-component and multi-phase alloy system for typical medium and heavy steel plates, calculating and measuring the important thermodynamic parameters and the effect of alloying elememts on them, laying foundation for suitable design of heat treatment technology and right choice of heat treatment parameters; based on Gleeble machine, the TTT and CCT curves for the studied steels and the effect of alloying elements on these curves will be measured, understanding the sensitivity to cooling rate of the undercooled austenite transformation and the microstructure evolution process at different cooling rates for the studied steels; The experimental determination will be made of the mechanism the effect of composition and rolling techniques on the homogeneity of austenite grain size and of the technological condition of mixed crystal occurrence; A systematic study will be carried out about the effect of heating rate on the microstructurel development process and microstructure, structure and properties of the studied steels after heat treatment; This study is to be carried out about the effect of inclusion, alloying elements and cooling rate on the formation of intragraular ferrite or acicular ferrite.

针对高强工程结构厚板钢生产过程中的热处理工艺的节能与高效，热处理工艺可以节省合金元素、提高厚板钢的强度、韧性、焊接性及其稳定性，以及高强工程结构厚板钢热处理工艺基础性研究工作与数据的缺乏，本项目系统开展我国典型厚板钢种的相关合金体系的多元多相热力学平衡关系研究，计算与测定重要的热力学参数以及合金元素对它们的影响，为合理设计厚板钢热处理工艺与正确选择热处理工艺参数奠定基础；采用Gleeble热模拟试验机测定上述厚板钢种的静态与动态CCT曲线和TTT曲线以及合金元素对它们的影响，理解所研究钢种的过冷奥氏体转变对冷却速率的敏感度以及在不同冷速下钢的组织演变过程；试验确定钢的成分与轧制工艺对上述钢种奥氏体晶粒大小均匀性的影响机理，获得出现混晶的工艺条件；系统研究加热速率对钢组织演变过程以及经热处理后的组织、结构与性能的影响；研究夹杂物、合金元素与冷却速率对所研究钢中晶内铁素体或针状铁素体形成的影响

针对高强工程结构钢生产过程中的热处理工艺的节能与高效，热处理工艺可以节省合金元素、提高钢的强度、韧性，以及高强工程结构钢合金体系的热处理工艺基础性研究工作与数据的缺乏，本项目系统开展我国典型高强度工程结构钢种的相关合金体系的多元多相热力学平衡关系研究、相变动力学、工艺、组织与性能的基础数据，以若干种高强度工程结构钢（海洋工程结构钢、临氢耐热容器钢、水电用钢、高强钢筋钢等），采用Thermocalc热力学软件、Gleeble热模拟机、相变膨胀仪等研究并获得了这些代表体系的热力学相图、相关系，特别是合金中关键的第二相随温度与成分的变化规律；测定了这些体系的相变动力学曲线（CCT曲线），以及常用合金元素如Ti、Nb、V、Ni、Mo、B等对上述热力学相图与相关系、相变动力学曲线的影响，这些关键数据为高强度合金结构钢的合金成分、热处理工艺的优化提供了基础；此外，奥氏体晶粒的大小极大地影响到室温的组织与性能，因此，本项目基于热力学与动力学研究、TEM、HRTEM以及EBSD等方法，对典型钢种加热过程中奥氏体晶粒长大规律与合金成分、加热温度、第二相析出的关系进行系统深入的研究，获得了不同钢种奥氏体长大的模型以及晶粒混晶出现规律；此外，对高强工程结构钢中的晶内铁素体形成机理进行了研究。一是Mo与Ti在高强工程结构钢中对组织与性能的协同影响规律，它的作用方式主要是通过Mo对扩散性相变的推迟作用，Ti的氧化物作为针状铁素体形核作用来细化组织，具有一定的作用；含V钢中，在600℃等温转变过程中铁素体的析出规律表明，钒含量为0.11wt%实验钢等温处理后得到的铁素体主要沿原奥氏体晶界分布。随着钒、氮含量的增加，实验钢等温处理后得到的铁素体主要在晶内形成，且晶内铁素体的含量明显增加，其核心以富氮的V(C,N)颗粒为主，这是由于V(C,N)与铁素体之间错配度较小，有利于晶内铁素体的形核析出。