钢中超级贝氏体组织形态及亚结构形成机理的研究

针对目前超级(或低温、或高强韧)贝氏体理论和应用研究中，与热力学和动力学有关的转变温度和转变速度的定性定量描述、超级贝氏体强韧化机制方面存在的一些关键问题，根据转变特性与组织结构和力学性能相依存的特点，拟采用理论总结、定量描述、实验验证相结合的方法开展研究工作。从理论上阐明超级贝氏体钢必需具备的显微组织形态和形成它的条件；并依据贝氏体相变机制在分析其化学成分、转变温度和时间相互影响规律的基础上，建立它们之间定性定量描述的关系式；同时根据超级贝氏体钢显现出的超高强韧性力学特点，分析研究其真正原因是否是贝氏体铁素体条厚纳米化、残留奥氏体是否是韧化膜、并通过产生TRIP效应而对钢的性能产生影响；通过对超级贝氏体的宏观成分和组织均匀化，而在微观区域造成相反结果和预相变的技术措施，使超级贝氏体亚晶结构超微细化、晶粒(条簇)微细化，并且控制残余奥氏体的稳定性，改善强韧性的同时还能够缩短其相变时间。

工程领域对用量最多的结构材料一直期望获得优秀的综合力学性能(强度与塑性和韧性等的配合)。为此，研究人员通过对材料成分、组织结构及加工成型工艺等的改进和综合创新来达到上述要求。英国剑桥大学Bhadeshia教授研究组提出的超级贝氏体(Super Bainite)钢研究及应用便是一例。与过去研究成果相比较，超级贝氏体钢无论是强度还是韧性，均提高了近一倍以上，获得了工业用钢中并不多见的超高强韧性。在高强韧性材料应用、结构件减重，节材、节能和节省资源等方面意义重大。. 基于此原因本课题组开展了钢中超级贝氏体组织形态及亚结构形成机理方面的研究工作。根据课题组已有成果设计了研究用钢的成分；在分析超级贝氏体组织转变动力学特点基础上，研究了转变温度对其形态、构成和亚结构等的影响；采用施加疲劳载荷的方式对具有超级贝氏体组织的试样加载试验，研究了其是否产生“TRIP”(Transformation Induced Plasticity)效应和产生的条件；将(Quenching and partitioning)工艺引入到制取超级贝氏体组织的热处理工艺之中，研究了该工艺能否对其组织的转变起到促进作用，以及产生促进转变的条件和机制；对影响超级贝氏体组织强韧性的主要因素进行了分析。. 建立并验证了低成本超级贝氏体钢的成分设计公式，确定了获得超级贝氏体组织的等温温度范围；设计的试验钢经完全奥氏体化后在钢的Ms温度附近等温处理，可以获得微观组织由条束状贝氏体铁素体(BF)+薄膜状残余奥氏体(AR)组成的超级贝氏体组织，其抗拉强度为1840MPa、延伸率8.1%。提出并通过试验证实了超级贝氏体组织可以通过“应力诱发相变”改善自身的强韧性。在疲劳载荷作用下试验钢中的残余奥氏体组织产生“TRIP”效应，使钢的抗拉强度达到1960MPa、延伸率8.7%，强塑积得到明显提高。将Q&P工艺引入制取超级贝氏体组织的热处理中，提高组织转变效率15%以上；同时利用其工艺特点细化了钢的组织、增加了其中亚结构数量，改变了不同相组织中C元素含量分布，钢的冲击韧性值达到45J/cm2，提高18%以上。上述研究成果为超级贝氏体组织转变的动力学研究提供了新思路，扩展了超级贝氏体组织强韧性改善的途径，丰富了其强韧化机制，为超级贝氏体组织转变的热力学和动力学研究补充了新方法，积累了工程化应用的实验数据。