镁在超高强度钢中的加压冶金理论和微合金化机理研究

低合金超高强度钢以其高强度和优良综合性能成为航空、航天等高科技领域的首选材料，韧性不高是制约此类钢大规模应用的最关键因素。项目通过研究不同压力和温度下超高强度钢液镁合金化、凝固过程中镁的溶解及气泡逸出的热力学和动力学，建立钢液中镁溶解度与成分、温度、压力的定量计算模型。以加压感应炉和电渣重熔技术为基本冶炼手段。通过分析镁处理超高强度中的夹杂物性质（成分、形态、尺寸和分布等）、及宏观断口形貌以及微观上夹杂物附近裂纹生长行为和断裂机理，研究夹杂物对钢的冲击韧性、断裂韧性等力学行为的影响，得出夹杂物对钢力学行为的影响机理。并通过研究镁对超高强度钢晶粒尺寸和晶界强化作用，结合镁对超高强度钢力学性能的影响规律和相关机理的深入研究，揭示镁在超高强度钢中的微合金化机理。为超高强度钢镁处理过程的镁合金化方法、夹杂物控制、组织和性能控制、生产工艺选择提供理论依据，并提出镁处理钢加压冶金理论。

镁元素在钢中具有净化钢液、变质夹杂和微合金化的作用，用镁来提高钢材韧性，具有十分重要的意义。.以超高强度钢300M和冷作模具钢D2为研究钢种，应用电阻炉、真空感应炉和加压感应炉等冶炼手段开展了镁处理钢的实验。采用金相显微镜、扫描电镜、室温冲击及室温拉伸和高温拉伸等实验方法对实验结果进行分析。.300M钢随着镁的加入，钢中夹杂物数量和平均直径呈逐渐减小的趋势，更容易生成细小的夹杂物。随着镁加入量的增加，夹杂物中镁的质量分数也逐渐增加。夹杂物成分按照Al2O3→MgO•Al2O3-MnS→ MgO•Al2O3-MgS-MnS→ MgO-MgS 顺序转变。但是镁对提高300M钢的断裂韧性作用不明显。.D2钢经镁变质处理后，夹杂物的尺寸减小，夹杂物可以由Al2O3转变为MgO•Al2O3，当镁质量分数达到一定值时，可生成稳定的MgO、MgS夹杂物。镁可以细化高碳钢铸态组织，减少钢中的粗大一次枝晶的数量，抑制奥氏体晶粒长大。.加压和真空熔炼实验表明，镁处理后D2冷作模具钢铸态试样钢中碳化物分布均匀，基体的连续性增加，球化退火后碳化物细小、弥散分布，减少了异常大尺寸碳化物。镁对模具钢的高温强度影响小，但可以显著提高其热塑性，镁对模具钢的热塑性的影响随温度的升高而提高。.加压熔炼结果表明，采用惰性气体提高体系内的压力可以显著促进镁在钢液中的溶解。