高强度非调质钢中微合金碳氮化物析出、组织演变与韧性控制

The Development and applications of high strength non-quenched and tempered steels are suited for the requirements of energy- and resources-saving. But the composition design is still based on the dissolution products of microalloying carbide and nitride in austenite or according to the relevant composition in HSLA steels during the development of non-quenched and tempered steels. Since no quantifying relation among microalloying carbonitride precipitation, microstructure evolution and deformation technology is applied, relatively large microalloying carbonitride and inhomogeneous microstructure will form, which apparently affects the toughness of the studied steels. This project will calculate phase relations and optimize the composition of the studied steel with the adoption of Thermo-Calc thermodynamic software and experimental work. Based on TEM statistical analysis of nano-sized microalloying carbonitrides, this project will establish the quantifying relation among microalloying carbonitride precipitation, microstructure evolution, deformation technology and mechanical properties. Due to high strength and good toughness of carbide-free bainite, this project will study the designs of the key components B, Si, Mn and V , deformation and cooling technology. All these works are of significance with regard to the understanding the relation of alloying, phase transformation control and technology and the development of high strength and good toughness non-quenched and tempered steels.

高强度非调质钢的开发与应用符合节约资源与能源的要求。但其在开发过程中相关成分的设计仍是根据简单的微合金碳化物或氮化物在奥氏体中的溶解度或采用HSLA钢的相关成分含量；没有微合金碳氮化析出、组织演变以及轧制（锻造）和冷却工艺的量化关系作为应用指导，导致钢中形成较大的微合金碳氮化物与不均匀组织，这些都严重影响了非调质钢的韧性。本项目采用Thermoclac热力学软件进行合金体系的相变与相关系计算与试验，对高强度非调质钢的成分进行设计；基于TEM对纳米级微合金析出相的统计分析，建立微合金碳氮化物析出、组织演变与变形、冷却工艺和力学性能（特别是韧性）之间的量化关系。基于无碳化物贝氏体具有良好的强韧性，研究其关键成分B、Si、Mn与V等成分的设计与变形和冷却工艺的关系，探索获得高强韧性非调质钢的可能性。这些工作，对钢中合金化、相变控制和工艺之间规律的理解以及高强韧性非调质钢的研发具有重要的意义。

高强度非调质钢的开发与应用符合节约资源与能源的要求，它是通过合金设计经轧后或锻后控制冷却速率而不用调质热处理来达到所需要的力学性能，是一类绿色钢种。本项目以高强非调质汽车用钢和高强钢筋钢的研发为背景，分别以铁素体与珠光体组织与无碳贝氏体（针状铁素体）组织为基础，以高强化并提高其韧性为目标，研究开发两大类高强非调质钢：一类是以铁素体与珠光体组织为主的700MPa级高强钢筋钢；一类是以无碳贝氏体或针状铁素体为主的高强汽车用钢（800MPa级的汽车轴类钢）。主要的研究内容：（1）基于Thermocalc热力学软件，计算所涉钢种的相关合金体系中的相变、相关系等热力学性质，为合金成分与热处理工艺设计提供指导；设计了2大类新钢种的合金体系成分，并冶炼了相应的实验钢；（2）基于膨胀法、金相法以及硬度法等的结合，研究与测定了这些实验钢的动态过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线），以及一些重要的合金元素如Nb、V、Mo、N等对CCT曲线影响的规律，这些数据为确定相应的轧制与冷却工艺起到指导作用；（3）基于SEM、TEM、HREM以及EDS等对纳米级微合金析出相的成分、结构、尺寸与数量等分析，在理论与实验上研究铁素体与珠光体高强非调质钢中微合金元素（V、Nb、Ti）碳氮化物析出与轧制工艺与冷却工艺之间的关系、析出机理以及与强化的定性或定量关系；（4）基于无碳化物贝氏体具有良好的强韧性，研究其关键成分B、Si、Mn与Nb等成分的设计与变形和冷却工艺的关系，探索获得高强韧性非调质钢的可能性。这些研究结果，对高强非调质钢中合金化、相变控制和工艺之间规律的理解以及高强韧性非调质钢的研发具有重要的指导意义。