我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)出來(lái)的非調(diào)質(zhì)鋼往往因鐵素體晶粒粗大,使得零件出現(xiàn)組織和性能不均勻的問(wèn)題,嚴(yán)重影響非調(diào)質(zhì)鋼的使用。鋼中外加納米粒子技術(shù)可以降低鋼中夾雜物尺寸,促進(jìn)夾雜物誘導(dǎo)針狀鐵素體形核,有效細(xì)化微觀組織。本研究將外加納米粒子技術(shù)成功應(yīng)用于非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)制備過(guò)程,有效解決了非調(diào)質(zhì)鋼晶粒粗大的問(wèn)題,并在此基礎(chǔ)上對(duì)鋼中納米粒子收得率、針狀鐵素體誘導(dǎo)核心類(lèi)型、外加納米粒子技術(shù)在控軋控冷中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了研究。首先,本研究在真空感應(yīng)爐冶煉非調(diào)質(zhì)鋼35MnVS過(guò)程中,嘗試將外加納米粒子技術(shù)應(yīng)用在非調(diào)質(zhì)試驗(yàn)鋼的制備上;在分析了試驗(yàn)鋼中納米粒子收得率的基礎(chǔ)上,提出采用磁感應(yīng)懸浮技術(shù)提高鋼中外加納米粒子收得率的方法。研究表明:在真空感應(yīng)爐冶煉非調(diào)質(zhì)試驗(yàn)鋼過(guò)程中,應(yīng)用外加納米粒子技術(shù)后,其夾雜物尺寸得到有效細(xì)化,夾雜物誘導(dǎo)產(chǎn)生了針狀鐵素體組織,微觀組織類(lèi)型得到初步改善;應(yīng)用磁感應(yīng)懸浮爐制備添加納米粒子的試驗(yàn)鋼,與真空感應(yīng)爐試驗(yàn)鋼相比,鋼中Al和Ti元素的收得率分別提高了 24.4%和11.4%,夾雜物類(lèi)型明顯增加,平均尺寸降低了 40.0%,鋼中夾雜物誘導(dǎo)針狀鐵素體的形核率接近100%,針狀鐵素體成為鋼中主要微觀組織類(lèi)型。其次,借助高溫共聚焦顯微鏡,系統(tǒng)分析了試驗(yàn)鋼冷卻過(guò)程中,不同針狀鐵素體形核核心的析出特點(diǎn),以及針狀鐵素體的形核特點(diǎn);通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)鋼凝固過(guò)程中的冷卻強(qiáng)度,探究了冷卻速率對(duì)針狀鐵素體誘導(dǎo)核心形核特點(diǎn),以及奧氏體晶粒尺寸的影響,并分析了不同冷卻強(qiáng)度下的微觀組織特征及其形成機(jī)理。主要結(jié)論如下:針狀鐵素體的主要異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)包括TiN-MnS夾雜物、殘余δ-Fe和MgAl2O4夾雜物,其中TiN-MnS針狀鐵素體形核率最高,為主要的針狀鐵素體形核核心;冷卻速率為1.25℃/s和5℃/s下的微觀組織特征相對(duì)較好;不同冷卻速率下試驗(yàn)鋼微觀組織特征差異主要與殘余δ-Fe相的特點(diǎn)和奧氏體晶粒大小有關(guān),不同形狀和尺寸的殘余δ-Fe能夠誘導(dǎo)出具有不同生長(zhǎng)特征的針狀鐵素體組織。最后,將外加納米粒子技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)鋼形變誘導(dǎo)相變強(qiáng)化工藝中,對(duì)比雙強(qiáng)化試驗(yàn)鋼(技術(shù)應(yīng)用后)和單一形變強(qiáng)化試驗(yàn)鋼(技術(shù)應(yīng)用前)在微觀組織和力學(xué)性能上存在的差異,并對(duì)形變強(qiáng)化過(guò)程關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行了探索,最終提出了形變工藝參數(shù)的優(yōu)化建議。研究表明:外加納米粒子技術(shù)應(yīng)用前后試驗(yàn)鋼中的微觀組織類(lèi)型分別為塊狀鐵素體和針狀鐵素體,在不同的形變工藝條件下,雙強(qiáng)化試驗(yàn)鋼的應(yīng)力峰值均高出單一強(qiáng)化試驗(yàn)鋼約50%;奧氏體化溫度越低,形變量越大,試驗(yàn)鋼中微觀組織晶粒尺寸越小;形變溫度處于Ad3和Ar3之間時(shí),形變過(guò)程鐵素體形核獲得的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較大,鐵素體形核率較高。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TF76
【部分圖文】：

珠光體構(gòu)成，在某些外在條件改變時(shí)，如合金元素含量、冷卻強(qiáng)度等，均可??能導(dǎo)致微觀組織形貌發(fā)生變化。根據(jù)形貌的不同，鐵素體主要分為塊狀鐵素??體、針狀鐵素體和網(wǎng)狀鐵素體三種類(lèi)型［６］，如圖２－１所示。??ｍｍｍ??塊狀鐵素體?針狀鐵素體?網(wǎng)狀鐵素體??圖２－１不同類(lèi)型鐵素體組織形貌??根據(jù)材料強(qiáng)化理論，只有可以阻礙材料內(nèi)部晶格發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素才??能提高材料的韌性。當(dāng)材料受到外力發(fā)生塑性變形時(shí)，在一些晶粒內(nèi)位錯(cuò)源??－２－??

首先開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量位錯(cuò)并沿滑移面運(yùn)動(dòng)。遇到晶界時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻??礙，造成位錯(cuò)塞積，使變形趨于停止。此時(shí)塑性變形若要繼續(xù)，就要求更高??的外加作用力，即提高了材料的韌性。對(duì)比圖２－１中不同鐵素體組織形貌可??知，針狀鐵素體在三種類(lèi)型中產(chǎn)生阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生的力度最大。針狀鐵素??體是一類(lèi)從二維角度看呈現(xiàn)針狀的晶粒組織，這類(lèi)組織因其通常具有混雜無(wú)??序的結(jié)構(gòu)，從而在增強(qiáng)材料韌性上優(yōu)于其他微觀組織。??需要說(shuō)明的是，由于鐵素體和貝氏體組織在結(jié)構(gòu)和形貌上有很多相似的??特征，因此某些冶金工作者并沒(méi)有將其很好地進(jìn)行分別，但不同的組織特征??定會(huì)影響其改善材料力學(xué)性能的潛能，因此本研宄還是需要將兩者進(jìn)行較好??的區(qū)分。貝氏體組織首先是由Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ等人［７］在１９３０年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)一般被??稱為擁有針形形狀的鐵素體

（ａ）針狀鐵素體?（ｂ）貝氏體??圖２－３貝氏體和針狀鐵素體透射電鏡（ＴＥＭ）檢測(cè)形貌對(duì)比??表２－１針狀體素體和貝氏體之間的特征對(duì)比??針狀鐵素體?貝氏體??￣形核形式?晶內(nèi)形核?晶間或晶內(nèi)形核??形核位置?點(diǎn)狀形核質(zhì)點(diǎn)?大多在奧氏體晶粒表面??形核開(kāi)始溫度?相似??枝晶形狀?針狀或透鏡狀?細(xì)板條形成束狀??生長(zhǎng)方向?星狀各個(gè)方向?平行板條??惰性裂紋擴(kuò)交互作??鐵＿??圖２－４裂紋在不同結(jié)構(gòu)的鐵素體組織中傳播示意圖??當(dāng)鋼中微觀組織主要由針狀鐵素體構(gòu)成時(shí)，鐵素體組織的交錯(cuò)復(fù)雜性越??高，組織晶粒尺寸越小，其產(chǎn)生阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生的力度也就越大，該理論??也可以由Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ關(guān)系式（２－１）解釋。??Ｗ眾丨乃：?（２－１）??ａｙ為材料的屈服強(qiáng)度；（ｔｏ為單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力；為一個(gè)與??材料本質(zhì)有關(guān)而與晶粒直徑無(wú)關(guān)的常數(shù)；Ｚ）ＧＢ為晶粒的平均直徑；由該公式??可以看出，如果將現(xiàn)有情況下的晶粒平均尺寸（２０ｐｍ）再細(xì)化一個(gè)數(shù)量級(jí)，??－４－??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846073