突破思维开发超高强度铁素体钢
- 发布时间：2013/1/6 11:43:49
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传统超高强度合金钢主要包括：低温回火马氏体组织或下贝氏体组织强化的低合金钢；高温回火析出合金碳化物、二次硬化组织的超高强度钢；析出金属间化合物进行强化的马氏体时效钢等。这些传统超高强度钢在一定程度上达到了超高强度的要求，但是综合性能上仍然存在着不可忽视的问题。例如，低合金超高强度钢和二次硬化超高强度钢中较高的碳含量造成了焊接性能差、断裂韧性不高等问题；马氏体时效钢需要添加大量的合金化元素，特别是价格昂贵的Co，Ni等元素，大大增加了生产成本，制约了马氏体时效钢的大规模应用；另外，马氏体或贝氏体的热处理转变需要较高的淬火冷却速度，也限制了大尺寸马氏体和贝氏体钢的生产。
将纳米材料和纳米技术应用到钢铁材料设计中，利用纳米级析出相的沉淀强化和阻止晶粒长大的机理，是开发新型超高强度钢的重要途径；特别是在铁素体结构基础上利用纳米析出的强韧化机制开发新型超高强度钢，与超高强度钢常用的马氏体组织相比，有着*的工艺和成本优势。
铁素体是bcc晶格结构，fcc元素和C元素在铁素体中的固溶度非常低，因此，在合理的热处理条件下，fcc元素和C元素能够在过饱和的铁素体基体上，以纳米析出相的形式均匀析出，这些纳米析出相包括纳米团簇、纳米金属间化合物和纳米碳化物。
一．纳米团簇。在铁素体钢中优化添加不同含量的fcc元素，通过固溶、淬火得到铁素体过饱和固溶体。通过合理控制时效温度和时效时间，可以有效控制fcc元素纳米团簇的析出与长大，得到纳米团簇增强的铁素体钢。铁素体钢基体上析出的大量细小的纳米团簇有效地提高了铁素体钢的强度，抗拉强度由固溶态的600MPa提高到时效后的1200MPa。高分辨透射电镜分析表明，这些fcc元素纳米团簇直径约2～3nm，与铁素体基体共格存在。这些纳米团簇主要由fcc元素Cu，Ni，Mn和Al组成。
二．纳米金属间化合物。纳米级金属间化合物具有较高的强度和硬度，是提高钢材强度的zui有效方法之一。据报道，添加适量的金属间化合物形成元素，在适当的热处理工艺制度下，铁素体基体上析出大量纳米级尺寸金属间化合物，再添加适量的fcc元素，研制出了纳米金属间化合物和纳米团簇复合强化的超高强度钢。
三．纳米碳化物。纳米碳化物均匀析出是另一种显著提高钢材强度的有效方式。目前正在探索纳米MC（M=Ti，V，Nb，Mo）强化低碳铁素体钢的开发。多元素复合的碳化物有更好的热稳定性，比单一的碳化物有更慢的粗化行为。