Fe-C-N三元合金钢中碳氮化物纳米析出相的微观结构及其演变规律

Fe-C-N钢中的相变有别于Fe-C和Fe-N二元系中的相变，但是迄今很缺乏对其详尽深入的研究，还没有理解其碳氮化物强化析出相的结构和演变规律。钢中碳（氮）化物（特别是早中期）纳米析出相的结构测量及其演变规律，一直是未解决或尚未完全解决的基础科学问题。新电子显微技术的发展为较彻底地解决此类问题提供了现实的可能性。申请人的前期研究表明：Fe-C-N钢的碳氮化物的结构随着碳浓度、氮浓度、温度、时间的改变而改变；其中有若干未知超结构出现；一定工艺下Fe-C-N钢可获得很高的硬度（可达1000HV），对应的组织呈现贝氏体组织形态，其中含有大量的碳氮化物纳米团簇和片层。本项目研究以应用最新电镜技术测量Fe-C-N钢中单个纳米尺度的硬化析出相的早中期亚稳结构为主线，结合能量计算、热处理工艺调节和性能测量，揭示碳氮化物成核、生长和成熟的结构演变规律，及其与钢材性能改变的关系，具有重要的理论和应用背景。

Fe-C-N钢中相变有别于Fe-C和Fe-N二元合金中的相变，但是迄今还缺乏对其详尽深入的研究，还没有理解其碳氮化合物强化析出相的结构和演变规律。本项目采用先进的结构和性能表征手段详细研究了Fe-C-N钢中的相变和氮碳化合物的结构演变规律。首先采用结构和性能可控的钢的氮碳共渗层来研究Fe-C-N钢在氮碳共渗过程中的相变和氮碳化合物的结构演变规律；接着对Fe-C-N合金共渗层再重新加热来获得Fe-C-N三元奥氏体，研究了氮碳化合物的奥氏体化过程；然后研究了过冷Fe-C-N奥氏体在不同冷却过程中的相变；最后对Fe-C-N三元奥氏体进行等温退火来研究碳氮化合物强化析出相的结构和Fe-C-N三元贝氏体相变规律。本项目研究一直以Fe-C-N钢中纳米尺度的硬化析出相的结构和Fe-C-N三元贝氏体相变机制为主线，结合能量计算、热处理工艺调节和性能测量，解释了Fe-C-N共渗化合物层中碳氮化合物形核、生长和熟化的演变规律，及其与钢材性能改变的关系，具有重要的理论和应用背景。