高铌管线钢中铌固溶/析出动力学的定量分析及作用机制研究

为充分发挥铌在低合金高强度钢中作用，实现高铌钢的组织和性能的精确控制。本申请将建立和完善固溶铌和NbC(N)析出两种存在形式的定量方法；采用热模拟技术，研究铌的固溶动力学、析出动力学、热变形行为、形变动力学，并通过热变形过程中固溶铌和NbC(N)析出的定量分析，阐明铌对再结晶作用的本质及交互作用规律；研究铌的存在形式及在基体和碳化物之间的分配比例对相变动力学的影响规律，阐明铌对相变动力学作用机制；研究室温组织中固溶铌含量和NbC(N)析出数量、尺寸及分布对性能的影响，定量描述铌的强化作用机制，从而为高铌管线钢的研究和应用提供定量的试验数据和理论分析基础。. 本申请是在前期研究工作基础上提出的。建立铌的两种存在形式定量分析方法，实现铌转变过程的定量研究，定量阐明铌在钢中的作用本质是本申请的特色及创新。该研究成果将为扩展铌在钢中的应用和高强钢的开发提供坚实的试验理论研究基础。

Nb作为重要的微合金之一，在高强钢中的得到广泛应用。然而如何充分发挥Nb在钢中的作用，实现Nb的有效利用，还需要对Nb的溶解和析出以及Nb的这种变化对组织和性能的影响进行定量的研究。本研究的目的是定量研究Nb的溶解和析出及其对组织和性能的影响，阐明Nb在钢中的作用机制。.提出并完善了一种测定钢中固溶Nb和未溶Nb含量的方法，研究了加热过程中Nb的溶解规律，建立了固溶Nb量与加热温度以及钢中的C、Nb含量之间的关系。.未溶Nb减小临界应变，加速动态再结晶，但增加热变形过程中的流变应力；在变形过程中Nb的动态析出对峰值应力和峰值应变均没有明显影响；固溶Nb对动态再结晶有强烈的抑制作用，每增加0.01%的固溶Nb便可以使变形激活能提高1.6 kJ/mol。.在变形后的等温过程中，未溶析出物能够作为应变诱导析出物的非均匀形核点，降低应变诱导析出对再结晶的抑制作用。应变诱导析出所需的孕育期与钢中过饱和固溶Nb的量呈线性关系。固溶Nb和应变诱导析出均能抑制变形道次间回复和静态再结晶的发生，但应变诱导析出对回复和静态再结晶的抑制作用更大。.固溶Nb抑制连续冷却过程相变，而未溶Nb及在变形和变形后等温及冷却过程中奥氏体中Nb的析出则提高相变温度，促进多边形铁素体转变。但Nb的析出可铁素体的增加形核率，有利用铁素体晶粒细化。.高温奥氏体中Nb的析出速率及数量与过饱和Nb含量有关，而低温针状铁素体中Nb的析出不仅与固溶Nb含量有关，还与C含量有关；奥氏体中Nb析出，加速相变，降低冷却后组织的硬度；而针状铁素体中析出则具有高的析出硬化作用。.高Nb管线钢具有良好的焊接性，但热影响区强度降低，合理添加Cr、Mo能改善热影响区的性能。添加Nb降低Ti的固溶温度，但细化富Ti碳化物尺寸、增加其的数量。根据以碳化物钉扎晶界为基础的奥氏体晶粒非等温长大动力学模型，而且固溶Nb增加晶粒长大激活能，抑制奥氏体晶粒长大，使高Nb微Ti管线钢原奥氏体晶粒小于80 m，对韧性影响不大。.为实现外加纳米NbC颗粒强化，提出了机械活化热合成制备纳米NbC/Fe复合颗粒技术，制备出了NbC颗粒50 nm的NbC/Fe复合颗粒。纳米NbC/Fe复合颗粒在铸钢的应用表明，纳米NbC易于实现在钢液及凝固组织的均匀分布，显著细化钢的凝固组织，提高钢的性能。这些研究成果对高强钢的开发具有重要的意义。