【摘 要】
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Ti微合金高强钢是一种低成本高性能的新型钢铁材料,其强度的稳定控制问题一直是该领域的一个重要课题。随着炼钢技术的进步,钢的成分波动问题已基本解决,而纳米碳化物析出对TMCP工艺参数敏感所引起的性能波动问题仍十分突出。如何充分发挥纳米碳化物析出强化效应和稳定控制其析出是开发Ti微合金高强钢的关键。本文在低碳钢（简称C-Mn钢）基础上添加微量的Ti和Mo元素,设计出低碳Ti钢和Ti-Mo钢。采用热模拟
【基金项目】
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国家自然科学基金《钛微合金化高强钢基于新型TMCP技术的纳米相析出调控机制》（项目批准号:51801066）
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Ti微合金高强钢是一种低成本高性能的新型钢铁材料,其强度的稳定控制问题一直是该领域的一个重要课题。随着炼钢技术的进步,钢的成分波动问题已基本解决,而纳米碳化物析出对TMCP工艺参数敏感所引起的性能波动问题仍十分突出。如何充分发挥纳米碳化物析出强化效应和稳定控制其析出是开发Ti微合金高强钢的关键。本文在低碳钢（简称C-Mn钢）基础上添加微量的Ti和Mo元素,设计出低碳Ti钢和Ti-Mo钢。采用热模拟实验机并结合透射电子显微镜（TEM）、三维原子探针（APT）等技术手段,研究了基于新型TMCP工艺下的纳米碳化物析出规律,阐明纳米碳化物析出与奥氏体再结晶和相变等物理冶金行为的交互作用,揭示钢的强化机理和稳定调控机制,建立“工艺-析出-强度”物理冶金学基础数据,为稳定生产低成本高强度的Ti微合金钢提供设计思路和理论依据。论文主要工作和结论如下:（1）采用应力松弛法研究了奥氏体粗轧和精轧两阶段变形后的应变诱导析出及其与再结晶的关系。Ti钢应变诱导析出-温度-时间（PTT）曲线呈C形,鼻尖温度约为900℃。粗轧工艺加速应变诱导析出,降低了PTT曲线鼻尖温度。应变诱导TiC粒子析出开始和长大阶段几乎完全抑制奥氏体静态再结晶;TiC粒子粗化后,奥氏体软化再次发生。（2）研究了奥氏体连续冷却相变和碳化物的析出关系。碳化物相间析出对冷却速率变化十分敏感,仅在极低冷速下（V≤0.5℃/s）的Ti钢中形成;冷速超过3℃/s,碳化物析出几乎被完全抑制。和C-Mn钢相比,Ti钢和Ti-Mo钢的显微硬度明显提高,均在0.5℃/s时增量最大,分别增加132.4 HV和118.5HV。在0.1-30℃/s的冷速范围内,Ti钢在0.5℃/s有最大显微硬度,279.5±18.9 HV。由于析出的不均匀性,不同铁素体的显微硬度差异较大。和Ti钢相比,Ti-Mo钢由于窄的析出温度窗口没有表现出更优异的析出强化效应甚至被弱化。（3）C-Mn钢、Ti钢和Ti-Mo钢奥氏体等温相变开始和结束曲线（TTT曲线）呈倒双“C”形。添加Ti和Mo元素降低了倒双“C”形曲线的鼻尖温度,并降低奥氏体等温相变速率。进一步的,基于TTT曲线,采用等温屈服强度增量法,研究了等温相变过程中碳化物析出动力学以及与γ→α等温相变的关系。结果表明Ti钢和Ti-Mo钢碳化物等温析出开始曲线均为“C”形,鼻尖温度分别为600℃和625℃,析出结束曲线则为倒半“C”形。添加Mo元素延长了等温析出结束时间（Ps）。碳化物的析出主要发生在奥氏体等温相变阶段,即相变显著促进碳化物的析出。等温奥氏体相变速率的不断变化,导致碳化物出现相间析出和弥散析出共存,以及铁素体晶内不同面间距的相间析出特征。（4）APT和TEM研究表明,奥氏体等温相变过程中纳米碳化物相间析出和弥散析出粒子主要呈类球形,与铁素体基体保持Baker-Nutting（B-N）位向关系。Ti钢和Ti-Mo钢中析出的碳化物在鼻尖温度等温Ps时间有最大密度,分别为4.38×1023 m-3和1.05×1024m-3,相应粒子平均尺寸分别为5.2±0.6 nm和4.6±0.5 nm,化学式分别接近于Ti54C46和(Ti45,Mo23)C32。在Ti-Mo钢中,首先发生Ti-C析出,随后Mo取代Ti参与析出,使碳化物尺寸保持更小和更均匀的粒度分布,表现出更优异的抵抗粗化能力。（5）等温相变过程中,纳米碳化物析出强化是Ti钢和Ti-Mo钢显微硬度提高的主要原因。在碳化物等温析出-温度-时间曲线的鼻尖温度处等温Ps时间有最大的析出强化贡献量和显微硬度,分别为366 MPa、312±10.7 HV和384 MPa、322±8.2 HV,分别比同等条件下的C-Mn钢高122 HV和138 HV。与C-Mn钢相比,Ti钢和Ti-Mo钢对晶粒细化和提高位错密度强化效应并不明显,最大增量约为62 MPa。相比Ti钢,Ti-Mo钢的强度和性能的稳定性增加,但需要更长的等温时间使碳化物充分析出。（6）奥氏体应变诱导析出粒子弱化了碳化物的析出强化效应,使显微硬度降低。为获取最大强度,应避免奥氏体中应变诱导析出,使合金元素尽量保留在铁素体中析出。
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