关于钢铁材料发展若干问题的思考.pptx

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1、钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁材料发展若干问题钢铁材料发展若干问题的思考的思考一、一、钢铁材料的抗拉强度与屈服比钢铁材料的抗拉强度与屈服比20042004年年年年6 6月月月月钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院抗拉强度与屈服强度的对比抗拉强度与屈服强度的对比屈服强度应用范围屈服强度应用范围不允许发生明显塑性不允许发生明显塑性不允许发生明显塑性不允许发生明显塑性变形的构件变形的构件变形的构件变形的构件纯粹的强度指标纯粹的强度指标纯粹的强度指标纯粹的强度指标 抗拉强度应用范围抗拉强度应用范围允许发生一定程度的允许发生一定程度的允许发生一定程度的允许发生一定程度的

2、塑性变形的构件塑性变形的构件塑性变形的构件塑性变形的构件需要良好冷加工性能需要良好冷加工性能需要良好冷加工性能需要良好冷加工性能的构件的构件的构件的构件保证安全性的构件保证安全性的构件保证安全性的构件保证安全性的构件既是强度指标，同时既是强度指标，同时既是强度指标，同时既是强度指标，同时也是塑性和韧性指标也是塑性和韧性指标也是塑性和韧性指标也是塑性和韧性指标钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院抗拉强度与屈服强度的对比抗拉强度与屈服强度的对比屈服强度控制机制屈服强度控制机制位错大规模滑移，各位错大规模滑移，各位错大规模滑移，各位错大规模滑移，各种显微缺陷均有重要种显微缺陷均有重要种显

3、微缺陷均有重要种显微缺陷均有重要影响影响影响影响滑移距离无关滑移距离无关滑移距离无关滑移距离无关与材料塑性无关与材料塑性无关与材料塑性无关与材料塑性无关抗拉强度控制机制抗拉强度控制机制微裂纹的萌生与扩展，微裂纹的萌生与扩展，微裂纹的萌生与扩展，微裂纹的萌生与扩展，弱化的晶界、夹杂物弱化的晶界、夹杂物弱化的晶界、夹杂物弱化的晶界、夹杂物和大颗粒第二相影响和大颗粒第二相影响和大颗粒第二相影响和大颗粒第二相影响较大较大较大较大扩展距离存在临界尺扩展距离存在临界尺扩展距离存在临界尺扩展距离存在临界尺寸寸寸寸与材料塑性有关与材料塑性有关与材料塑性有关与材料塑性有关钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁

4、研究总院抗拉强度与屈服强度的相互影响抗拉强度与屈服强度的相互影响屈服强度对微裂纹的形成过程具有重要影响抗拉强度是其屈服强度提高的极限，屈服强度超过抗拉强度是不可能的，而屈服强度相当接近于甚至等于抗拉强度的钢材在实际工程中是不可能安全应用的 钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院抗拉强度在很大程度上是一个抗拉强度在很大程度上是一个重要的塑性指标重要的塑性指标抗拉强度Rmm与屈服强度RP P之间的差值是材料塑性的重要指标材料屈服后继续变形将产生加工硬化，流变应力随均匀塑性变形量增加而不断增大，达到断裂应力后将不再继续均匀塑性变形而将发生断裂。抗拉强度Rmm与屈服强度RP P之间适当的差值

5、一方面保证了均匀塑性的实现（屈服比很大时均匀塑性变形未完成就可能发生断裂），另一方面对非均匀塑性（乃至总塑性）有重要的影响钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院屈服比在塑性变形中具有重要屈服比在塑性变形中具有重要作用作用材料的屈服比被定义为RP/P/Rmm屈服比大于或等于1的材料无塑性，且实际屈服强度被降低屈服比在0.9以上的钢材在使用安全性方面存在隐患屈服比在0.6以下的钢材具有良好的冷加工变形性能钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院抗拉强度在很大程度上是一个抗拉强度在很大程度上是一个重要的韧性指标重要的韧性指标 静力韧度静力韧度UT被定义为静拉伸实验中材料被定义为静拉

6、伸实验中材料断裂前单位体积所吸收的功断裂前单位体积所吸收的功：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院抗拉强度在很大程度上是一个抗拉强度在很大程度上是一个重要的韧性指标重要的韧性指标断裂韧度将材料的断裂强度与微裂纹尺寸断裂韧度将材料的断裂强度与微裂纹尺寸结合为一个韧性指标：结合为一个韧性指标：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院材料断裂强度材料断裂强度由由Griffith脆性断裂理论推导并经塑性修脆性断裂理论推导并经塑性修正后的平面应变状态下材料的断裂强度正后的平面应变状态下材料的断裂强度SC为：为：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院提高材料断裂强度的机制提高

7、材料断裂强度的机制减小微裂纹尺寸减小微裂纹尺寸aC增大裂纹尖端塑性变形功增大裂纹尖端塑性变形功P（材料基体材料基体的比表面能的比表面能S变化幅度很小，一般在变化幅度很小，一般在1-1.5J/m2范围；而裂纹尖端单位面积塑性范围；而裂纹尖端单位面积塑性变形功变形功P变化范围可从变化范围可从0变化到变化到100000J/m2）钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微裂纹的产生微裂纹的产生原有未钝化的孔洞或裂纹原有未钝化的孔洞或裂纹弱化的界面（晶界或相界），此时适当的弱化的界面（晶界或相界），此时适当的微区塑性变形是必须的，因而材料的屈服微区塑性变形是必须的，因而材料的屈服强度对抑制微裂纹

8、的产生具有重要作用强度对抑制微裂纹的产生具有重要作用钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微裂纹尺寸的控制因素微裂纹尺寸的控制因素塑性材料主要受屈服强度影响，大规模塑塑性材料主要受屈服强度影响，大规模塑性撕裂可产生较大尺寸的微裂纹性撕裂可产生较大尺寸的微裂纹高强度材料主要受弱化的晶界尺寸或第二高强度材料主要受弱化的晶界尺寸或第二相（包括夹杂物）尺寸的影响相（包括夹杂物）尺寸的影响钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微裂纹的扩展微裂纹的扩展只有达到临界尺寸的微裂纹才会失稳扩展只有达到临界尺寸的微裂纹才会失稳扩展导致断裂，因而导致断裂，因而控制材料中的微裂纹失稳控制材料中的微

9、裂纹失稳扩展必须控制微裂纹的最大尺寸而不是平扩展必须控制微裂纹的最大尺寸而不是平均尺寸均尺寸微裂纹亚临界扩展时的断裂塑性功与微裂微裂纹亚临界扩展时的断裂塑性功与微裂纹形成时的断裂塑性功可能存在很大差别，纹形成时的断裂塑性功可能存在很大差别，因而导致微裂纹的扩展被加速或被抑制因而导致微裂纹的扩展被加速或被抑制钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院提高材料断裂强度的方法提高材料断裂强度的方法1消除晶界弱化现象（晶界尺寸相对较大，消除晶界弱化现象（晶界尺寸相对较大，一般在数十至数百微米以上，必须首先控一般在数十至数百微米以上，必须首先控制晶界微裂纹的产生）制晶界微裂纹的产生）低熔点晶界偏析

10、金属如铅、锑、铋、锡的低熔点晶界偏析金属如铅、锑、铋、锡的消除消除低熔点金属如铜的抑制晶界偏析（加镍）低熔点金属如铜的抑制晶界偏析（加镍）低熔点共晶如磷共晶的消除（脱磷）低熔点共晶如磷共晶的消除（脱磷）晶界弱化元素的消除或抑制晶界偏析（脱晶界弱化元素的消除或抑制晶界偏析（脱硫，加硼）硫，加硼）钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院提高材料断裂强度的方法提高材料断裂强度的方法2大颗粒夹杂物或第二相尺寸的控制（其最大颗粒夹杂物或第二相尺寸的控制（其最大尺寸一般在数十微米以上）大尺寸一般在数十微米以上）液析夹杂物或氮化物、碳化物的控制（降液析夹杂物或氮化物、碳化物的控制（降低夹杂物形成元素

11、如氧、硫、磷、氮在钢低夹杂物形成元素如氧、硫、磷、氮在钢中的含量，电磁搅拌使之上浮或细化，高中的含量，电磁搅拌使之上浮或细化，高温铁水快速冷却抑制液析）温铁水快速冷却抑制液析）溶度积公式的应用（可能时固态回溶）溶度积公式的应用（可能时固态回溶）最佳控制条件下仅使之在固态析出最佳控制条件下仅使之在固态析出钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院提高材料断裂强度的方法提高材料断裂强度的方法3适当的屈服强度适当的屈服强度屈服强度与裂纹尖端单位面积塑性变形功屈服强度与裂纹尖端单位面积塑性变形功的矛盾，需要根据钢中可能的最大微裂纹的矛盾，需要根据钢中可能的最大微裂纹尺寸而加以匹配尺寸而加以匹配屈

12、服强度低，容易在局部产生塑性撕裂形屈服强度低，容易在局部产生塑性撕裂形成大尺寸微裂纹（不受最大夹杂物颗粒尺成大尺寸微裂纹（不受最大夹杂物颗粒尺寸影响）寸影响）屈服强度高，裂纹尖端单位面积塑性变形屈服强度高，裂纹尖端单位面积塑性变形功迅速下降功迅速下降钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院具体计算结果具体计算结果S S S SC C C C ，MPaMPaMPaMPa P P，J/mJ/m2 2 a aC C，mmmm20020010000-50000010000-50000018.1-90.518.1-90.54004005000-100005000-100002.26-4.532.

13、26-4.5310001000500-1000500-10000.0362-0.0362-0.07240.072420002000200-500200-5000.00362-0.00362-0.009050.00905钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院特殊的思路特殊的思路使微裂纹被包围在塑性相当良好的基体组使微裂纹被包围在塑性相当良好的基体组织处织处，将只会发生，将只会发生微孔聚合型韧性断裂微孔聚合型韧性断裂微裂纹扩展路径中存在塑性相当良好的基微裂纹扩展路径中存在塑性相当良好的基体组织（连续软相）体组织（连续软相）钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院复相基体组织复相基

14、体组织屈服强度屈服强度主要取决于基体相中的软相的屈主要取决于基体相中的软相的屈服强度服强度：抗拉强度基本遵从混合物规律抗拉强度基本遵从混合物规律：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院需要重视的问题需要重视的问题硬相与软相之间的强度差足够大硬相与软相之间的强度差足够大软相体积分数要足够小（保证抗拉强度）软相体积分数要足够小（保证抗拉强度）软相必须连续（保证软相中的位错可滑移软相必须连续（保证软相中的位错可滑移出工件表面产生宏观塑性变形，同时保证出工件表面产生宏观塑性变形，同时保证微裂纹扩展中必然遇到软相）微裂纹扩展中必然遇到软相）钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院重要应

15、用重要应用双相钢双相钢TRIP钢钢硬相：硬相：马氏体、贝氏体马氏体、贝氏体软相：软相：奥氏体、铁素体奥氏体、铁素体方法：亚临界区加热后淬冷方法：亚临界区加热后淬冷保持适当残余保持适当残余奥氏体奥氏体钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院形变诱导相变强化的基体组织形变诱导相变强化的基体组织初始组织较软，易于发生屈服；且必须是初始组织较软，易于发生屈服；且必须是非稳定平衡组织非稳定平衡组织形变诱导相变得到的平衡组织强度较高即形变诱导相变得到的平衡组织强度较高即形变诱导相变强化效果较大形变诱导相变强化效果较大高锰钢高锰钢TRIP钢钢可能的思路：形变诱导超微细第二相沉淀可能的思路：形变诱导超

16、微细第二相沉淀析出析出钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院R Rmm,MPaMPaR Rp p,MPaMPaA A5 5,%Z Z,%-40-40AkvAkv,J,JR Rp p/R RmmE600-3E600-3横横横横253025308408407.57.5191924240.3320.332E600-3E600-3横横横横252025208408407.57.5191923230.3330.333E600-3E600-3纵纵纵纵2520252081081019190.3210.321E600-3E600-3纵纵纵纵253025308058057 7121220200.3180

17、.318E600-3E600-3横横横横246024608708709.59.5232311110.3540.354E600-3E600-3横横横横248024808258251111232310100.3330.333E600-3E600-3纵纵纵纵24902490875875101021216 60.3510.351超高强度超低屈服比钢力学性能超高强度超低屈服比钢力学性能钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研

18、究总院钢铁研究总院各种显微缺陷组织对钢铁材料各种显微缺陷组织对钢铁材料抗拉强度和屈服比的影响抗拉强度和屈服比的影响钢铁材料中各种显微缺陷组织对其屈服强钢铁材料中各种显微缺陷组织对其屈服强度具有特别重要的影响，各种强化工艺技度具有特别重要的影响，各种强化工艺技术的本质均源自于各种显微缺陷组织与位术的本质均源自于各种显微缺陷组织与位错的相互作用错的相互作用既然已采用了既然已采用了显微缺陷强化，就有必要考显微缺陷强化，就有必要考虑显微缺陷组织对抗拉强度和屈服比的影虑显微缺陷组织对抗拉强度和屈服比的影响响钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院点缺陷点缺陷-固溶原子固溶原子强度a 固溶原子量抗

19、拉强度屈服强度钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院表表1IF钢中主要固溶元素对力学性能钢中主要固溶元素对力学性能指标的影响的回归结果指标的影响的回归结果固溶固溶固溶固溶元素元素元素元素质量分质量分质量分质量分数数数数,%,%屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度,MPa,MPa抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度,MPa,MPa均匀伸均匀伸均匀伸均匀伸长率长率长率长率,%,%总伸长总伸长总伸长总伸长率率率率,%,%C C0.10.1230230190190-25-25-26-26P P0.10.135357171-3.8-3.8-1.2-1.2B B0.10.1800800420420-44

20、2-442-SiSi0.10.19.79.713.313.3-0.52-0.52-0.85-0.85MnMn0.10.12.72.73.43.4-0.28-0.28-0.34-0.34钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院线缺陷线缺陷-位错位错b 位错密度抗拉强度屈服强度强度钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院面缺陷面缺陷-晶粒尺寸晶粒尺寸c 晶粒尺寸D-1/2抗拉强度屈服强度强度钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院Hall-Petch公式公式大量试验结果表明大量试验结果表明ky在在14.0-23.4MPa mm1/2之间之间(常用常用17.44MPa mm1

21、/2),而而kT在在7.7-15.7MPa mm1/2之间之间(常用常用13.4MPa mm1/2)钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院体缺陷体缺陷-第二相第二相强度d 第二相抗拉强度屈服强度钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁材料发展若干问题钢铁材料发展若干问题的思考的思考二、第二相及夹杂物的控制二、第二相及夹杂物的控制20042004年年年年6 6月月月月钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁材料性能的发展方向钢铁材料性能的发展方向以超级钢为代表的研究工作使钢铁材料屈以超级钢为代表的研究工作使钢铁材料屈服强度普遍成倍提高，各种强化方式提高服强度普遍

22、成倍提高，各种强化方式提高钢铁材料的屈服强度已研究得十分充分。钢铁材料的屈服强度已研究得十分充分。进一步工作的重点应考虑抗拉强度的提高进一步工作的重点应考虑抗拉强度的提高和屈服比的降低和屈服比的降低材材料料的的位位错错理理论论在在过过去去半半个个世世纪纪内内对对结结构构材材料料的的屈屈服服强强度度的的发发展展起起到到了了革革命命性性的的推推动动作作用用，而而材材料料的的第第二二相相理理论论将将很很可可能能在在今今后后成成为为推推动动结结构构材材料料抗抗拉拉强强度度发发展展的的重重要理论基础。要理论基础。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁材料显微组织控制的发展方向钢铁材料显微组

23、织控制的发展方向细化晶粒是钢铁材料发展的重要方向，细化晶粒是钢铁材料发展的重要方向，因因为细晶强化的脆化矢量为负值，即在强化为细晶强化的脆化矢量为负值，即在强化的同时还可使钢铁材料的韧性提高的同时还可使钢铁材料的韧性提高。间隙固溶强化是最为经济有效的强化方式，间隙固溶强化是最为经济有效的强化方式，但对材料韧性和塑性、焊接性损害较大。但对材料韧性和塑性、焊接性损害较大。而置换固溶强化的经济有效性较差而置换固溶强化的经济有效性较差位错强化是相当经济有效的强化方式，但位错强化是相当经济有效的强化方式，但不可动位错密度的升高是以占用均匀塑性不可动位错密度的升高是以占用均匀塑性为代价的为代价的钢铁研究总

24、院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院晶粒细化强化的局限晶粒细化强化的局限晶粒细化强化是唯一的在提高屈服强度同时提晶粒细化强化是唯一的在提高屈服强度同时提晶粒细化强化是唯一的在提高屈服强度同时提晶粒细化强化是唯一的在提高屈服强度同时提高韧性的强化方式，因而是钢中最重要的强化高韧性的强化方式，因而是钢中最重要的强化高韧性的强化方式，因而是钢中最重要的强化高韧性的强化方式，因而是钢中最重要的强化方式方式方式方式晶粒细化至晶粒细化至晶粒细化至晶粒细化至3-53-5 mm之后之后之后之后,进一步细化从生产成进一步细化从生产成进一步细化从生产成进一步细化从生产成本方面考虑是不合适的本方面考虑是不合适的本

25、方面考虑是不合适的本方面考虑是不合适的,而其明显提高钢材屈服而其明显提高钢材屈服而其明显提高钢材屈服而其明显提高钢材屈服比的作用更是严重的限制比的作用更是严重的限制比的作用更是严重的限制比的作用更是严重的限制晶粒细化到晶粒细化到晶粒细化到晶粒细化到1 1 mm之后，由于屈服强度的通提之后，由于屈服强度的通提之后，由于屈服强度的通提之后，由于屈服强度的通提高明显大于抗拉强度的提高，屈服比将迅速增高明显大于抗拉强度的提高，屈服比将迅速增高明显大于抗拉强度的提高，屈服比将迅速增高明显大于抗拉强度的提高，屈服比将迅速增大到大到大到大到0.90.9以上，对安全性和冷加工性能明显不利以上，对安全性和冷加工

26、性能明显不利以上，对安全性和冷加工性能明显不利以上，对安全性和冷加工性能明显不利钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相（包括传统意义的夹杂物）第二相（包括传统意义的夹杂物）的微细化及其形状和分布状态的的微细化及其形状和分布状态的有效控制是未来钢铁材料科学与有效控制是未来钢铁材料科学与技术的最重要发展方向技术的最重要发展方向钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相控制的意义第二相控制的意义控制和消除钢中大颗粒的第二相和夹杂物控制和消除钢中大颗粒的第二相和夹杂物从而控制或减小钢中可能产生的最大尺寸从而控制或减小钢中可能产生的最大尺寸的微裂纹源对提高钢的使用强度具有非常

27、的微裂纹源对提高钢的使用强度具有非常重要的作用重要的作用均匀细小的第二相颗粒提高屈服强度与提均匀细小的第二相颗粒提高屈服强度与提高抗拉强度的作用效果大致相当，由此，高抗拉强度的作用效果大致相当，由此，均匀细小的第二相颗粒在产生强化作用的均匀细小的第二相颗粒在产生强化作用的同时并不损害钢材的均匀塑性同时并不损害钢材的均匀塑性合理控制条件下的第二相强化也是相当有合理控制条件下的第二相强化也是相当有效的强化方式效的强化方式钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相强化的经济有效性第二相强化的经济有效性 钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微合金碳氮化物析出强化作用钢铁研究总院

28、钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院沉淀强化强度增量与第二相体积沉淀强化强度增量与第二相体积分数和尺寸的关系分数和尺寸的关系钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相阻止基体晶粒长大第二相阻止基体晶粒长大DC C为临界晶粒尺寸为临界晶粒尺寸，A A为比例系数为比例系数。Hillert缺陷理论指出，晶界的钉扎缺陷理论指出，晶界的钉扎（pinning）和解钉（）和解钉（unpinning）将在两将在两个水平上发生，相应的比例系数分别个水平上发生，相应的比例系数分别为为2/3和和4/9 9。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院Gladman得到晶界解得到晶界解钉钉的判据的判据

29、为为：晶粒尺寸不均匀性因子晶粒尺寸不均匀性因子Z值值约为约为1.71.7，可，可得得A约为约为0.170.17。Z值为值为3 3或或9 9时，时，A约为约为2/3和和4/9，对应于，对应于Hillert缺陷理论的缺陷理论的两个水两个水平平。第二相控制晶粒尺寸具有第二相控制晶粒尺寸具有“方向性方向性”，即，即晶粒在一开始是否被钉扎将决定所选取的晶粒在一开始是否被钉扎将决定所选取的钉扎水平系数钉扎水平系数A的差异。的差异。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院阻止晶粒长大的合金系选择阻止晶粒长大的合金系选择固溶度积小，高温保持一定体积分数未

30、溶或能固溶度积小，高温保持一定体积分数未溶或能固溶度积小，高温保持一定体积分数未溶或能固溶度积小，高温保持一定体积分数未溶或能够沉淀析出；固溶量小，粗化速率小，可保持够沉淀析出；固溶量小，粗化速率小，可保持够沉淀析出；固溶量小，粗化速率小，可保持够沉淀析出；固溶量小，粗化速率小，可保持细小尺寸。细小尺寸。细小尺寸。细小尺寸。TiNTiN具有独特的优势，具有独特的优势，具有独特的优势，具有独特的优势，12501250 以上加热必须采以上加热必须采以上加热必须采以上加热必须采用（轧制前均热），用（轧制前均热），用（轧制前均热），用（轧制前均热），NbNNbN次之，次之，次之，次之，1000-120

31、01000-1200有较好效果（焊接热影响区、高温轧制阶段），有较好效果（焊接热影响区、高温轧制阶段），有较好效果（焊接热影响区、高温轧制阶段），有较好效果（焊接热影响区、高温轧制阶段），TiCTiC、NbCNbC、VNVN有一定用处，有一定用处，有一定用处，有一定用处，850-950850-950（低（低（低（低温轧制阶段）温轧制阶段）温轧制阶段）温轧制阶段），VCVC基本无用。基本无用。基本无用。基本无用。含钛钢中含钛钢中含钛钢中含钛钢中TiNTiN液析的限制，故仅能采用微钛。液析的限制，故仅能采用微钛。液析的限制，故仅能采用微钛。液析的限制，故仅能采用微钛。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研

32、究总院钢铁研究总院固溶微合金元素或形变诱导析固溶微合金元素或形变诱导析出微合金碳氮化物对形变奥氏出微合金碳氮化物对形变奥氏体再结晶行为的影响体再结晶行为的影响奥氏体的调节奥氏体的调节形变奥氏体再结晶行为的不同导致了形变奥氏体再结晶行为的不同导致了不同的控制轧制工艺思路不同的控制轧制工艺思路CCR与与RCR的不同控制要求的不同控制要求钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院DIFT钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微合金元素对基体再结晶行为微合金元素对基体再结晶行为的影响机理的影

33、响机理形变诱导析出的微合金碳氮化物钉扎形变形变诱导析出的微合金碳氮化物钉扎形变奥氏体晶界，奥氏体晶界，850-1000Nb(CN)容易形容易形变诱导析出，因而能有效阻止或推迟再结变诱导析出，因而能有效阻止或推迟再结晶。晶。固溶的固溶的Nb、B、Mo等的溶质拖曳作用钉等的溶质拖曳作用钉扎形变奥氏体晶界，扎形变奥氏体晶界，要求相应元素与铁要求相应元素与铁元素的尺寸或化学性质相差较大（但又必元素的尺寸或化学性质相差较大（但又必须有足够的固溶量）。须有足够的固溶量）。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院奥氏体再结晶的驱动与抑制奥氏体再结晶的驱动与抑制驱动力驱动力F=Gb/2（为再结晶前后基

34、为再结晶前后基体中的位错密度差）体中的位错密度差）计算结果约为计算结果约为20MN/m，比晶粒粗化的，比晶粒粗化的驱动力大驱动力大100-200倍倍钉扎力钉扎力FP P=6 f I/(d)（为为奥氏体晶界奥氏体晶界能，能，f、d分别为第二相体积分数和直径，分别为第二相体积分数和直径，I为亚晶尺寸）为亚晶尺寸）钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微合金元素对形变基体微合金元素对形变基体相变相变行为的影响行为的影响形变储能加速形变储能加速相变，提高相变温度，相变，提高相变温度，抑制奥氏体再结晶作用的延伸抑制奥氏体再结晶作用的延伸 在原在原奥氏体晶界或形变带形核，较高的奥氏体晶界或形变带

35、形核，较高的形核率保证初始晶粒尺寸细小且不能横向形核率保证初始晶粒尺寸细小且不能横向长大长大钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院微合金碳氮化物在相界靠微合金碳氮化物在相界靠 侧侧沉淀析出沉淀析出（在（在 中的固溶度积较在中的固溶度积较在 中小因而沉淀中小因而沉淀析出相变自由能较大）析出相变自由能较大）阻止阻止 晶粒的径向晶粒的径向长大长大新的相界一旦稳定后将成为新的相界一旦稳定后将成为 相另一轮形相另一轮形核地点，未释放的及新的形变产生的核地点，未释放的及新的形变产生的形变形变储能促进储能促进相变相变相变的推进式相变的推进式形变储能稍小时原形变储能稍小时原奥氏体晶粒中心的等轴奥氏体

36、晶粒中心的等轴粗大粗大 晶粒晶粒钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院形变诱导铁形变诱导铁素体相变素体相变DIFT形变诱导铁素体相变形变诱导铁素体相变形变诱导铁素体相变形变诱导铁素体相变（DeformationInducedDeformationInducedFerriteTransformation,DIFTFerriteTransformation,DIFT）是指在钢的）是指在钢的）是指在钢的）是指在钢的A Ae e3 3温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，

37、稳定性降低，从而导致稳定性降低，从而导致稳定性降低，从而导致稳定性降低，从而导致相变。由于相变是相变。由于相变是相变。由于相变是相变。由于相变是在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程中发生的，因而又被称为动态相变（中发生的，因而又被称为动态相变（中发生的，因而又被称为动态相变（中发生的，因而又被称为动态相变（DynamicDynamicTransformationTransformation）目前可获得的铁素体晶粒尺寸为目前可获得的铁素体晶粒尺寸为目前可获得的铁素体晶粒尺寸

38、为目前可获得的铁素体晶粒尺寸为1 1 mm钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院 C-Mn-Nb钢铁素体晶粒尺寸钢铁素体晶粒尺寸与奥氏体未再结晶区累积变与奥氏体未再结晶区累积变形量和冷速的关系形量和冷速的关系(D=30 m)钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相控制的内容第二相控制的内容体积分数体积分数最大尺寸与平均尺寸最大尺寸与平均尺寸形状形状分布分布钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院第二相体积分数的控制与固溶度第二相体积分数的控制与固溶度或固溶度积公式或固溶度积公式固溶度或固溶度积大，处于固溶态的量较固溶度或固溶度积大，处于固溶态的量较大，而形成第二

39、相的量较小。固溶温度下大，而形成第二相的量较小。固溶温度下需要固溶度或固溶度积大，潜在的可沉淀需要固溶度或固溶度积大，潜在的可沉淀析出的第二相的量就较大。但必须相应元析出的第二相的量就较大。但必须相应元素在钢中的含量也足够大素在钢中的含量也足够大固溶度或固溶度积小，处于固溶态的量较固溶度或固溶度积小，处于固溶态的量较小，而形成第二相的量较大。沉淀析出温小，而形成第二相的量较大。沉淀析出温度下希望固溶度或固溶度积小，此时已沉度下希望固溶度或固溶度积小，此时已沉淀析出或可沉淀析出的第二相的量就较大淀析出或可沉淀析出的第二相的量就较大钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院常见微合金碳氮化物

40、的固溶度常见微合金碳氮化物的固溶度积公式的比较积公式的比较logTiN=0.32-8000/TlogNbN=2.80-7500/TlogVN=3.46-8330/TlogTiC=2.75-7000/TlogNbC=2.96-7510/TlogVC=6.72-9500/TlogAlN=1.79-7184/T钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院常见微合金碳氮化物的固溶度常见微合金碳氮化物的固溶度积公式的比较积公式的比较TiN固溶度积最小，约小固溶度积最小，约小3个数量级个数量级AlN、NbN、VN、NbC、TiC相差不相差不大大VC固溶度

41、积最大，约大固溶度积最大，约大2个数量级个数量级间隙原子缺位使固溶度积一定程度地增大间隙原子缺位使固溶度积一定程度地增大（如（如NbC0 0.8787、VC0 0.8 8）其他溶质元素对固溶度积有影响，如其他溶质元素对固溶度积有影响，如Mn、Mo使固溶度积一定程度地增大使固溶度积一定程度地增大钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院固溶度积公式固溶度积公式logMC=A-B/T本质是三元相图中的端际固溶体区包围本质是三元相图中的端际固溶体区包围曲面的方程曲面的方程实验测定：不同温度均匀化后淬冷，化实验测定：不同温度均匀化后淬冷，化学相分析测定学相分析测定MC相的量，用钢的化学成相的量，

42、用钢的化学成分中该元素的量减去分中该元素的量减去MC相中的量得相中的量得M、C，多个温度下的测定数据回归得到，多个温度下的测定数据回归得到热力学推导，铁基体中的固溶度积公式热力学推导，铁基体中的固溶度积公式钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院1.计算确定温度下的固溶量计算确定温度下的固溶量计算确定温度下的固溶量计算确定温度下的固溶量 MM、C C 2.计算未溶解的计算未溶解的计算未溶解的计算未溶解的MCMC相的量相的量相的量相的量WW=MM-MM A AMCMC/A AMM3.计算计算计算计算MCMC相的全固溶温度相的全固溶温度相的全固溶温度相的全固溶温度loglogM M C C

43、=A-B/=A-B/T T4.计算沉淀相变的化学自由能计算沉淀相变的化学自由能计算沉淀相变的化学自由能计算沉淀相变的化学自由能G=G=-19.1446B+19.1446A19.1446B+19.1446AT T-19.144619.1446T TloglogMM C C 钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院相互溶解的第二相及其理论处理互溶类型：互溶类型：原子性质很相近的溶质原子的置换固溶，原子性质很相近的溶质原子的置换固溶，如如Cr、V、Mn溶入合金渗碳体溶入合金渗碳体晶体结构完全相同且点阵常数相差不大的晶体结构完全相同且点阵常数相差不大的几个相互溶，如不同几个相互溶，如不同MC、

44、MN相的互溶相的互溶理论处理：理论处理：第一种情况按照前述固溶理论处理。第一种情况按照前述固溶理论处理。第二种情况按照混合互溶处理。第二种情况按照混合互溶处理。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院多元互溶第二相的热力学计算多元互溶第二相的热力学计算令：令：令：令：loglogMM C C=A=A1 1-B B1 1/T T loglogMM N N=A=A2 2-B B2 2/T T互溶所得的相的化学式可写为互溶所得的相的化学式可写为互溶所得的相的化学式可写为互溶所得的相的化学式可写为MCMCx xN N1-x1-x，规，规，规，规定定定定x x为在较低温度下容易固溶的相为在较低温

45、度下容易固溶的相为在较低温度下容易固溶的相为在较低温度下容易固溶的相MCMC或或或或MM1 1C C在复合互溶相中的分数。在复合互溶相中的分数。在复合互溶相中的分数。在复合互溶相中的分数。混合熵项为混合熵项为混合熵项为混合熵项为RTRT乘以下式：乘以下式：乘以下式：乘以下式：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院多元互溶第二相的热力学计算多元互溶第二相的热力学计算联立求解下四式可得各元素的固溶量和联立求解下四式可得各元素的固溶量和联立求解下四式可得各元素的固溶量和联立求解下四式可得各元素的固溶量和x x：钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院互溶分数互溶分数x的计算的计算钢

46、铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院多元第二相全固溶温度的计算多元第二相全固溶温度的计算该式左边仅保留第一项实际上得到MC相的全固溶温度，左边仅保留第二项可得到MN相的全固溶温度，因此可知MCN相的全固溶温度总高于MC、MN相。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院主要规律主要规律1.M、C、N随温度升高单调增大。随温度升高单调增大。2.共有元素固溶量共有元素固溶量M随随M升高单调增大，升高单调增大，但非共有元素变化较为复杂。但非共有元素变化较为复杂。3.系数系数x随温度的变化规律较复杂，一般而随温度的变化规律较复杂，一般而言随温度升高而单调减小；但当钢材的化言随温度升高而

47、单调减小；但当钢材的化学成分中难溶相特有元素的量很小时，学成分中难溶相特有元素的量很小时，x随温度升高将先增大至一定程度后再减小。随温度升高将先增大至一定程度后再减小。钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院多元第二相沉淀相变化学自由能多元第二相沉淀相变化学自由能注意：x采用沉淀温度下计算出的值，而M、C、N是高温固溶温度下的值钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院固溶度积的调节固溶度积的调节Mn、Mo等元素的加入将使等元素的加入将使Nb(C,N)、VN的固溶度积增大的固溶度积增大间隙缺位也会导致溶度积增大间隙缺位也会导致溶度积增大钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究

48、总院钢中与钢中与MnS平衡的固溶平衡的固溶Mn、S量随温度的变化量随温度的变化钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢中与钢中与Al2O3平衡的固溶平衡的固溶Al、O量随温度的变化量随温度的变化钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢中与钢中与AlN平衡的固溶平衡的固溶Al、N量随温度的变化量随温度的变化logAl N=1.79-7184/T钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院铜在奥氏体中的平衡固溶度铜在奥氏体中的平衡固溶度钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院铜在铁素体中的平衡固溶度铜在铁素体中的平衡固溶度 钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研

49、究总院与Fe4N和与N2平衡的N在铁素体中的平衡固溶度的比较钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院与Fe4N和与N2平衡的N在奥氏体中的平衡固溶度的比较 钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院最大尺寸第二相尺寸的控制最大尺寸第二相尺寸的控制钢铁材料的断裂强度和塑性主要受最钢铁材料的断裂强度和塑性主要受最大尺寸第二相的尺寸的影响，减小其大尺寸第二相的尺寸的影响，减小其尺寸可有效提高钢的抗拉强度和塑性尺寸可有效提高钢的抗拉强度和塑性目前最好控制条件下已可控制到目前最好控制条件下已可控制到510 m，而在今后一段时间内在超高，而在今后一段时间内在超高强度的强度的G疲劳极限钢中希望

50、控制到疲劳极限钢中希望控制到1 m以下以下钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院钢铁研究总院最大尺寸第二相尺寸的控制最大尺寸第二相尺寸的控制完全消除液析第二相是控制最大尺寸第二完全消除液析第二相是控制最大尺寸第二相的唯一手段相的唯一手段此时需考虑第二相在液态铁中的溶度积公此时需考虑第二相在液态铁中的溶度积公式，大幅度减小相关元素在钢中的含量，式，大幅度减小相关元素在钢中的含量，如重点控制钢中如重点控制钢中O、S、N等元素的含量等元素的含量精炼、高温铁水快冷使来不及发生液析精炼、高温铁水快冷使来不及发生液析若该第二相在固态铁中的固溶度积较大，若该第二相在固态铁中的固溶度积较大，则可考虑高温保温回溶