高碳钢珠光体转变过程中合金元素分配及对组织的影响

摘要

高强度钢丝被广泛应用于桥梁缆索、轮胎钢帘线和切割钢丝等，是现代工业极为重要的产品。微合金化高碳热轧盘条是高强度钢丝制品的生产原料，其珠光体微观组织特征决定了盘条的拉拔变形能力和钢丝最终性能。本文以高碳钢热轧盘条为研究对象，探究了奥氏体化条件以及合金元素Mn、Si对盘条共析转变过程及转变组织的影响规律，为高性能热轧盘条的成分设计和热处理工艺改进提供一定的理论支撑。在本文的实验条件取得如下主要结果： 奥氏体化温度越高，奥氏体保温时间越长，珠光体团的尺寸越大。相同奥氏体化温度条件下，奥氏体化保温时间延长，对高Si钢TTT曲线鼻尖温度和珠光体转变始末时间影响较小，珠光体片层间距基本一致。与之相反，奥氏体化保温时间延长，可使低Si钢TTT曲线明显右移，导致转变实际过冷度增大，珠光体片间距减小。而奥氏体化温度升高，会使珠光体转变TTT曲线右移，珠光体片间距减小。900℃奥氏体化/580℃盐浴淬火，高Si钢和低Si钢都能在32s内发生完全的珠光体转变，高Si钢转变速度比低Si钢略快，其中高硅钢的生长速率达到2.96×10-7m/s高于低硅钢的生长速率（8.98×10-8m/s）。 快速转变过程中，在γ/α/M3C三相界面附近Mn未能及时扩散，难以达到局部平衡的稳态生长浓度分布条件，其生长过程并不完全符合(α+M3C)两相区的稳态生长，表现出珠光体片间距随转变过程逐步增大的非稳态生长特征。Si强烈倾向富集于铁素体中，且其扩散速度快，在反应早期既能完成分配过程，铁素体中的Si富集可以促进Mn向渗碳体中的分配。当盐浴温度升高时，Si扩散足够快，渗碳体中脱离的Si原子可以快速扩散至铁素体片层内部，界面附近铁素体中Si富集的现象消失。元素再分配过程中大量的Mn元素被从铁素体相推向渗碳体相，由于Mn的扩散速度远低于Si，进入渗碳体的Mn元素来不及扩散至渗碳体心部，而呈现出了界面附近Mn堆积的现象。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1桥梁缆索用钢丝的发展与现状

1.1.1 桥梁缆索用钢丝的发展

1.1.2 国内外发展现状

1.2高碳镀锌钢丝的生产工艺

1.2.1高碳镀锌钢丝生产工艺流程

1.2.2高碳钢盘条的生产

1.3珠光体的奥氏体化与珠光体转变

1.3.1珠光体的组织结构

1.3.2珠光体组织的奥氏体化

1.3.3珠光体转变

1.4合金元素对珠光体转变的影响

1.4.1合金元素对珠光体转变动力学的影响

1.4.2合金元素在珠光体中的分配行为研究

1.4.3合金元素分配理论模型

1.4.4 Fe-C-Mn三元系合金元素分配行为及其珠光体生长过程

1.5本课题的研究目的、意义及内容

1.5.1研究目的及意义

1.5.2研究内容

第二章 试验材料及方法

2.1研究路线

2.2试验材料

2.3试验方法

2.3.1 TTT曲线

2.3.2 JMatPro原理及操作

2.3.3 Pandat计算及原理

2.3.4 奥氏体化过程

2.3.5 珠光体转化

2.4微观组织及成分分分配析

2.4.1 扫描电镜显微分析（SEM）

2.4.2 透射电子显微分析（TEM）

2.4.3 三维原子探针分析（3DAP）

第三章 奥氏体化过程对最终珠光体组织的影响

3.1 JMatPro计算TTT曲线

3.2 奥氏体化时间对高Si钢微观组织的影响

3.2.1高Si钢奥氏体化时间对珠光体团的影响

3.2.2高Si钢奥氏体化时间对珠光体片间距的影响

3.3 奥氏体化温度对高Si钢微观组织的影响

3.3.1 高Si钢奥氏体化温度对珠光体团的影响

3.3.2高Si钢奥氏体化温度对珠光体片间距的影响

3.4 奥氏体化时间对低Si钢微观组织的影响

3.4.1 奥氏体化时间对低Si钢珠光体团的影响

3.4.2 奥氏体化时间对低Si钢珠光体片间距的影响

3.5 奥氏体化温度对低Si钢微观组织的影响

3.5.1 奥氏体化温度对低Si钢珠光体团的影响

3.5.2 奥氏体化温度对低Si钢珠光体片间距的影响

3.6 本章小结

第四章 珠光体的生长过程及合金元素分配

4.1珠光体的生长过程

4.1.1 Pandat相图计算

4.1.2 珠光体的转变过程

4.1.3珠光体团尺寸

4.1.4 珠光体的生长速率

4.1.5生长过程中珠光体的形貌特征

4.2珠光体生长过程中合金元素的分配行为

4.2.1 α+M3C两相中元素分配的差异

4.2.2界面附近高Si钢Mn元素的分配

4.2.3 界面附近低Si钢Mn元素的分配

4.2.4远离界面位置元素分配的差异

4.2.5 3DAP测定远离界面珠光体中α/M3C界面附近合金元素的分配

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢