论文部分内容阅读
本文系统研究了 Ti-Mo低碳低合金钢的纳米析出特征及平均晶粒尺寸达到2μm以下的组织细化过程。通过Thermal-Calc软件计算分析了合金元素对析出种类、析出温度及析出量的影响,并采用两阶段轧制工艺明确了厚板内部铁素体组织演变和析出状态之间的相互关系。发现当Ti含量约为0.1(wt.%)时,纳米析出物更易形成,且纳米级(Ti,Mo)C复合析出物的形成主要与MC_shp、M7C3以及M6C这三种析出类型相关。组织分析认为较高的冷速和奥氏体内的亚结构促进了轧板表面准多边形铁素体(Quasi-polygonal Ferrite,QPF)组织和弥散粗大析出状态的形成,而轧板芯部相对均一的形核条件则导致了多边形铁素体(Polygonal Ferrite,PF)组织以及团簇状细小析出物的出现。成分分析说明Mo元素有利于纳米析出物的形核,而Ti元素则是析出物长大及粗化过程中的控制元素。为明确铁素体连续动态再结晶(Continuous Dynamic Recrystallization,cDRX)的组织细化机制和控制因素,首先通过厚板的控轧控冷工艺得到不同的预制铁素体组织和析出状态,揭示了相变温度范围内的冷速是影响铁素体组织的关键,而之后析出温度范围内的冷速则决定最终的析出状态。其次对不同预制组织进行高温拉伸试验,阐明了铁素体的cDRX细化机制为变形时新形成的亚结构界面在由晶界向晶内扩展的过程中,相互接触形成亚晶后逐渐增大其同原始晶粒的取向差,最终实现组织的细化。预制组织中高密度的亚结构和纳米析出物能够通过阻碍几何必须界面的扩展来增大亚晶形成的概率,进而促进2μm以下甚至亚微米级别超细铁素体晶粒的形成。通过透射原位加热试验研究了晶粒内部混合析出状态的粗化过程,发现基体中合金元素的不均匀分布将导致后续保温过程中析出长大和熟化过程的不同。另外对于含有高密度亚结构的基体来说,亚结构界面的迁移能够显著影响析出的粗化过程并形成特殊的拱状析出物,这一过程不但涉及析出物的溶解,同时也与合金元素从亚结构界面中的再析出过程相关。析出同基体间由于共格特征所导致的微观扩散不均匀是形成拱状析出物的关键。在明确了 cDRX细化机制和纳米析出物演变特征的基础上,设计不同轧制工艺并系统研究了各工艺对应的组织细化特点,对比分析了应变诱导相变(Deformation Induced Ferrite Transition,DIFT)和 cDRX 过程在组织细化方面的差异。结果发现奥氏体未再结晶区变形能够通过促进纳米析出物的应变诱导析出,进而降低奥氏体的稳定性并促进后续cDRX细化过程的进行。利用奥氏体中应变诱导析出物对亚结构界面扩展的影响,结合大压下率(66.7%)温轧(650℃)工艺得到了平均晶粒尺寸1μm左右的超细组织。该组织呈现出典型的形变织构特点并具有良好的力学性能,其屈服强度可达851MPa,抗拉强度898MPa,并保持较好的延伸率14.7%。为进一步定量分析不同工艺参数对cDRX过程的影响,采用热模拟压缩试验分析了影响cDRX组织细化程度和细化均匀性的因素。当变形温度低于600。C时,cDRX过程中分割原始晶粒的亚结构界面主要为位错墙和显微带;而当温度升至700。C左右时,亚结构界面则转变为扩展能力更好的小角度晶界。位错墙的扩展受晶体择优取向的影响能够将局部晶粒细化至亚微米级别,但是整体的细化均匀性差;而小角度晶界在保证晶粒细化效果的同时,能够显著提高组织的细化均匀性,对应晶粒尺寸可达1.11μm,均匀细化面积分数为94.8%。经压缩曲线分析计算得出cDRX发生的激活能约为768 kJ/mol。根据上述定量分析结果,采用轧制试验研究了铁素体相变临界区的cDRX组织细化特征,发现低温区QPF组织(~500。C)轧制后会形成平均宽度约200nm的超密显微带,其不仅可以显著提高材料的强度(屈服强度889MPa,抗拉强度1041MPa),还能使材料保持较高的延伸率(22.9%)。超密显微带上高密度的位错特征和显微带间的位错贫化区是材料性能得以改善的原因。高分辨透射(HRTEM)分析说明显微带的形成是晶界滑移受阻时,α-fiber织构内部滑移系{110}<111>和y-fiber织构内部滑移系{112}<111>共同开动的结果。单一滑移过程和多滑移过程分别促使了 γ-fiber织构内显微带和α-fiber织构内位错胞这两种不同亚结构的形成。