低温贝氏体钢的力学性能及其强磁场下的相变

低温贝氏体钢的力学性能及其强磁场下的相变低温贝氏体钢具有超高强度、高塑韧性的特点。在经济省时的基础上,通过调控微观组织,来获得综合机械性能优良的低温贝氏体钢,是钢铁材料领域需要

解决的重要问题。

本文首先研究了两种不同硫含量低温贝氏体钢在相同热处理条件下和不同

奥氏体化温度下的拉伸性能,发现硫元素含量和热处理工艺均对拉伸性能造成显著的影响。除了传统的热处理工艺外,本文研究了强磁场下的低温贝氏体相变,

发现强磁场显著加速了低温贝氏体相变,促进了贝氏体铁素体和残余奥氏体之间的碳分配,诱导了纳米渗碳体的析出,并建立相应的物理模型,通过热力学自由能对实验现象进行了分析和解释。

主要研究结果如下:1、高硫钢延伸率（1.0±0.5%）明显低于低硫钢（11.4±1.5%）。其原因是高硫钢中较高的硫含量对奥氏体晶粒的细化作用比低硫钢更显著,较细的奥氏体晶粒加速了相变速率,使贝氏体的体积分数增加,更多的碳原子被分配到残余奥氏体中。

高硫钢中残余奥氏体的体积分数较低、稳定性过高,拉伸过程中TRIP效应很难发生,残余奥氏体对延伸率的贡献小,故延伸率低。通过对残余奥氏体的碳含量、拉伸过程中残余奥氏体的变化量、局部延伸率、局部硬度和Ms温度的讨论和分析,均发现高硫钢残余奥氏体的稳定性过高。

2、随着奥氏体化温度的升高,延伸率得到了显著改善。850°C时残余奥氏

体的体积分数较低并且过于稳定,不利于TRIP效应的发生和延伸率的提高。

此外,大量长条状MnS夹杂对基体造成了损害,也降低了延伸率。奥氏体化温度为950°C和1050°C时,残余奥氏体的体积分数较高,且稳定性适中,TRIP效

应对延伸率的贡献增强。

同时,较高的奥氏体化温度促使高硫钢中的MnS发生了进一步溶解。以上因素共同作用促进了延伸率的提高。

3、强磁场显著加速了低温贝氏体相变,细化了贝氏体组织,使组织更加均匀。通过热力学自由能计算发现:加入强磁场后,铁磁性的贝氏体铁素体产生了

-133.90 J/mol的磁自由能,相变驱动力由不加磁场时的-1159.00 J/mol增加到-1292.90 J/mol。

相变驱动力的增加使贝氏体铁素体在残余奥氏体中的形核率上升,短时间内生成了大量的贝氏体。4、强磁场促进了碳元素由贝氏体铁素体向残余奥氏体的分配,在强磁场条件下,残余奥氏体更加富碳。

发现强磁场的加入使T₀-T₀^′曲线向

右平移,提高了贝氏体铁素体与残余奥氏体自由能相同时残余奥氏体中的碳含量。此外,在碳分配过程中,碳原子大量偏聚在贝氏体铁素体/残余奥氏体界面偏残余奥氏体一侧,使界面附近残余奥氏体的碳含量明显高于残余奥氏体的其他位置。

5、强磁场诱导纳米渗碳体析出。在强磁场作用下渗碳体的形核势垒降低,

形核率上升,促进了渗碳体在纳米贝氏体铁素体中的析出。