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如何进一步提升高强度钢的超高周疲劳(VHCF)性能以更好地满足构件长寿命化安全服役的需要是近年来钢铁材料工作者面临的新挑战。本论文在自然科学基金项目“贝/马复相高强钢超高周疲劳行为及非夹杂起裂机理的研究”支持下,探究了提升系列贝氏体/马氏体(B/M)复相钢的超高周疲劳性能的方法,实验分析了B/M复相高强钢的超高周疲劳裂纹萌生机理,尤其是内部非夹杂起裂的裂纹萌生微观机理;同时研究了铌微合金化及淬火-配分(Q&P)热处理工艺对贝/马复相钢微观组织及强韧性的影响。本论文设计并制备了4种不同化学成分的B/M复相钢,采用电渣重熔等纯净化处理,Nb-微合金化处理和先进的热处理(Q&P、BQ&T)工艺,降低钢中最大夹杂物尺寸,细化了钢的组织,增加了纳米级膜状残留奥氏体的含量,最终得到10多种不同组织类型的高强钢,然后分别对其进行超声波疲劳试验。通过实验发现,Nb-微合金化钢和经Q&P工艺处理的钢轨钢的疲强比(疲劳强度/抗拉强度)均达到0.55,高于目前文献报道的其他高强钢。同时,本文分析了各因素对高强钢超高周疲劳强度提升的机制。研究发现,在超高周次疲劳加载过程中,相比其他高强钢,贝/马复相组织对夹杂物不“敏感”,该系列高强钢的超高周疲劳失效中,非夹杂物导致的裂纹起裂是失效的主要形式之一。本文通过实验观察研究了非夹杂起裂现象,提出了微孔洞在大的软相组织(贝氏体/铁素体)产生,在晶界聚集而形成微裂纹的非夹杂起裂机理,并建立了非夹杂起裂模型。调控组织对于提高B/M系列复相钢的超高周疲劳性能非常重要,通过实验发现了B/M复相高强钢中非夹杂起裂和夹杂起裂的特征,即组织和夹杂物在导致超高周疲劳裂纹起裂方面存在一个“竞争关系”,共同决定了超高周疲劳性能。通过实验,证实了膜状残留奥氏体可提升超高周疲劳性能。B/M复相高强钢具有“软硬相”搭配的特殊组织结构,并与残留奥氏体配合,细化组织,阻碍疲劳裂纹萌生,同时提高了裂纹扩展的门槛值。