化学成分对钢奥氏体动态再结晶影响规律的应变速率敏感效应与机制研究

微合金钢应用极为广泛， C、V、Nb等元素对钢的热变形行为和热变形显微组织起着极为关键的决定性影响。本项目申请人及其领导的研究室近年来的研究发现，钢中合金元素对热变形行为的影响规律具有一种明确的化学成分-应变速率敏感效应：随应变速率增大或减小，钢中碳含量和钢的微合金化等对奥氏体动态再结晶的促进或抑制作用可以向其反面转化（即由促进变为推迟或抑制，反之亦然）。此类现象为国内外文献中至今未见报道的一类新发现，但其物理冶金学原理或机制机理并不清楚。故极有必要立项，系统和深入地开展微合金钢化学成分对奥氏体动态再结晶影响规律的应变速率敏感效应与对应机制研究，揭示此类应变速率敏感现象的原理与本质。本项目的研究重点为物理冶金学原理与规律研究，项目研究结果可望填补国内外奥氏体再结晶研究领域的一些空白，对于指导材料成分优化、热变形显微组织优化与控制具有重要意义。

微合金钢应用极为广泛，碳、钒、铌、钛等元素对钢的热变形行为和热变形显微组织有着关键性影响。我们发现钢中合金元素对热变形行为的影响规律具有应变速率敏感效应,但其原理与微观机制并不清楚，本项目由此立项。代表性成果包括：在钒微合金钢和铌微合金钢中确认了碳含量影响热变形行为的应变速率敏感效应（即在较低应变速率下钢中碳含量增加具有软化效果，而在较高应变速率下碳含量增加具有硬化效果，效果恰好相反），研究了钒、铌和钛对微合金钢热变形行为的影响，揭示了中碳钒微合金钢在不同的应变速率范围内具有不同的热变形速率控制机制，指出了应变速率敏感效应的物理冶金学实质；同时提出了一种新的基于物理的热变形流变应力预测模型，并通过比较研究指出了人工神经网络ANN模型与多种热变形本构方程预测热变形流变应力的方法差异及准确性；研究和明确了以铝替硅研发新型高强度钢时铝和硅对热变形行为的影响；集成了一套金属材料晶粒组织三维重建与可视化的最优方法，获得国际学术刊物Materials Express作为封面论文重点推介，被认为“对于研究不同金属与合金中充满空间晶粒、析出相和显微组织组成相的三维形貌特别有用”。在Materials Science and Engineering A(4篇), Materials and Design(2篇), EPL(Europhysics letters), Journal of Materials Science, Computational Materials Science, Materials Characterization, Materials Express, Journal of Iron and Steel Research International, 金属学报, 科学通报等国内外学术刊物发表论文27篇，其中SCI收录17篇、EI收录12篇, 国外刊物11篇；另有国内外会议论文11篇，其中特邀报告5篇。培养博士生毕业3人、硕士生毕业6人。参与组织国际会议3个，全国性会议2个，参加学术会议累计逾10人次，1位青年教师出国合作科研。本项目提出并成功运用了多方式建模、计算、实验、机器学习、加工图技术综合研究钢的热变形与动态再结晶等行为的研究思路和技术路线，其研究结果和研究方法均具有重要的参考价值。