新一代原子团簇和纳米相间析出复合强化铁素体超高强韧钢：合金成分设计、团簇结构演化及强韧化机理

This project aims to develop a fundamental understanding on the formation characteristics of clusters/nano-precipitates and their strengthening mechanisms in a new class of advanced high strength Ti-Mo microalloyed steels. This includes: i) determining effect of thermomechanical variables on the characters of clusters and precipitates (e.g. size, shape and composition) using thermomechanical treatment simulator and advanced characterization techniques (e.g. 3D-APT and In-situ TEM); ii) identifying the effect of Mo microalloying on the formation of clusters/nano-precipitates and their thermal stability; ii) clarifying the effect of clusters/nano-precipitates on the strength, ductility and toughness of steels. Through investigating the correlation of steel composition (i.e. Ti/Mo ratio), phase transformation/clustering/precipitation and mechanical properties, this work aims to propose the fundamental principles for the optimization of thermomechanical processing routes and steel compositions in the new class of Ti-Mo microalloyed steels, which would ultimately result in the maximum enhancement of mechanical properties through the control of clustering/precipitation. This new class of high strength ferritic steel is most prospective for the application of automotive, construction and other industries.

本项目旨在研究新一代超高强韧钢中原子团簇粒子的形核及演变过程，理清多种纳米粒子复合析出的规律及强韧化机制等关键科学问题。本研究拟借助先进表征技术（如三维原子探针3D-APT和原位透射电子显微镜观察In-situ TEM等），在原子尺度上研究团簇粒子的形核、长大规律以及异相界面的晶体学特征。基于新颖的合金设计理念，探讨微合金元素Ti/Mo的不同浓度比对钢中原子团簇和相间析出的影响及其作用机理。通过研究上述物理过程的规律性，探明合金成分-相变-原子团簇形核/析出之间的相互作用关系，在理论上构建和丰富原子团簇/相间析出复合作用的强化机理，在应用上为实现新一代“原子团簇强化”超强韧铁素体钢的工业应用奠定良好的基础。该超高强韧钢可广泛应用于汽车、建筑等诸多领域。

本项目研究新一代超高强韧钢中原子团簇粒子的形核及演变过程，理清多种纳米粒子复合析出的规律及强韧化机制等关键科学问题。针对低成本高性能钢的目标，设计了超低碳 Ti-Mo-xNb 系微合金钢，通过高密度的相间纳米析出强化，研究了超低碳 Ti-Mo-xNb 系微合金钢的高温变形以及等温过程中铁素体相变和相间规律。研究了Ti第二相析出及马氏体组织结构的控制方法，分析了Ti微合金化马氏体耐磨钢工业化生产中出现的典型问题并提出关键控制要点，最终开发出“精细马氏体+纳米析出相”的高强韧性钢，实现了工业化稳定生产，并深入研究了该钢的综合应用性能。基于新颖的合金设计理念，探讨微合金元素Ti/Mo的不同浓度比对钢中原子团簇和相间析出的影响及其作用机理。通过研究上述物理过程的规律性，探明合金成分-相变-原子团簇形核/析出之间的相互作用关系，在理论上构建和丰富原子团簇/相间析出复合作用的强化机理，开发具有优异的强度、塑性/韧性、成形性和成本相结合的结构材料。