【摘 要】
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为明晰热塑性变形(连铸矫直等)过程中硼晶界偏聚规律及钢的组织演变机制,本文借助Gleeble热-力模拟试验机、俄歇电子能谱分析仪(AES)、准热力学计算、电子背散射衍射技术(EBSD)等方法,系统、全面地考察了应变速率(1×10-4s-1~1×10-2s-1)、变形温度(650℃~1000℃)以及应变量(0~30%)等参数对钢中硼晶界偏聚行为及组织演变的影响。此外,为减少碳、氮等溶质原子之间的相互
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目编号:51704127)基于B竞争偏聚抑制钢中残余元素Sn的晶界偏聚机制; 江苏高校‘青蓝工程’;
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为明晰热塑性变形(连铸矫直等)过程中硼晶界偏聚规律及钢的组织演变机制,本文借助Gleeble热-力模拟试验机、俄歇电子能谱分析仪(AES)、准热力学计算、电子背散射衍射技术(EBSD)等方法,系统、全面地考察了应变速率(1×10-4s-1~1×10-2s-1)、变形温度(650℃~1000℃)以及应变量(0~30%)等参数对钢中硼晶界偏聚行为及组织演变的影响。此外,为减少碳、氮等溶质原子之间的相互作用,本文选用IF钢作为基体,并添加适量的钛优先固定钢中的氮,保证了硼以原子态形式固溶于钢中。主要结论如下:在变形温度与应变量相同的条件下,随着应变速率的增加,晶界处硼的平均含量逐渐增大。当热变形温度为650℃、应变量为30%时,晶界处硼的平均偏聚浓度由1×10-4s-1时的5.91 at.%增加至1×10-2s-1时的7.30 at.%,增加了23.52%;过量空位浓度则由1×10-4s-1时的1.41×10-5原子分数增加至1×10-2s-1时的2.06×10-4原子分数。而钢在650℃时产生的热平衡空位浓度为2.2×10-8原子分数,即随着应变速率的增加,钢中的过饱和空位(热平衡空位+过量空位)浓度逐渐增大。当变形温度为650℃、应变量为30%时,随着应变速率的增加,样品的平均晶粒尺寸逐渐增大,由34μm增加至48μm;晶粒取向由[100]//ND方向转向[111]//ND方向,<100>//ND织构的体积分数从34.3%下降到10.5%,而<111>//ND织构组分的体积分数则从28.1%增加到33.7%;低ΣCSL晶界含量逐渐降低。此外,应变速率的增加,也一定程度上抑制了动态再结晶的产生。在应变速率和应变量一定的情况下,硼的平均晶界偏聚量随着变形温度的降低而增加。当应变量为20%,应变速率为1×10-4s-1,变形温度从1000℃降低至650℃时,晶界处硼原子的平均偏聚含量增加了16.06%。随着变形温度的升高,硼原子与空位形成硼原子-空位复合体向晶界扩散减弱;试样的位错密度逐渐下降;低ΣCSL晶界的含量从1.40%增加至6.19%。当变形温度在650℃~830℃时,组织为铁素体晶粒,且随着变形温度的降低,试样的平均晶粒尺寸减小。当变形温度为1000℃时,室温组织为高密度位错缠结的超低碳马氏体。此外,由于发生了显著地动态再结晶,1000℃时试样的平均晶粒尺寸显著降低。在变形温度和应变速率不变的情况下,应变量越大,硼的晶界偏聚越严重,当变形温度为830℃,应变速率为1×10-2s-1,应变量由10%增加至30%时,硼的平均晶界偏聚量由5.94 at.%增长至6.27 at.%,增大了5.56%。随着应变量的增大,实验用含硼IF钢中的平均晶粒尺寸逐渐减小;[110]//ND晶粒占比逐渐减小,[111]//ND晶粒占比逐渐增大;过饱和空位浓度与热平衡空位浓度比值增大;低ΣCSL晶界含量逐渐降低,导致硼的晶界偏聚增大。在本文的热塑性变形条件下,应变速率的增大、变形温度的降低以及应变量的增大,均会导致热变形过程中硼的晶界偏聚量增加。当变形温度为650℃,变形速率为1×10-2s-1,应变量为30%时,硼的平均偏聚浓度达到最高值7.3 at.%。此外,利用正交实验原理计算出,变形速率是影响硼晶界偏聚行为的最重要因素,变形温度次之,应变量对硼晶界偏聚浓度的影响最小。
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