热轧HSLA钢微合金强化机理价电子理论分析

摘要

热轧HSLA钢是重要的钢铁产品,因其具有良好的机械性能,被广泛应用于各个领域。为了生产具有良好机械性能的高强度低合金(HSLA)钢板,控轧控冷技术近年来得到迅速发展。控轧控冷技术本质上就是通过控制轧制、控制冷却的手段来改善热轧HSLA钢过程中的显微组织和晶体结构。控轧控冷技术密切影响着微合金元素及其碳(氮)化物的溶解、沉淀、析出以及分布,而HSLA钢中的微合金元素在热轧过程中的冶金现象及其碳(氮)化物析出行为对改善钢的显微结构和晶粒大小起着重要作用,因此,对于研究热轧HSLA钢过程中的微合金元素及其碳(氮)化物的冶金现象,分析其对HSLA钢产品最终性能的贡献及其强化机理,具有极其重要的作用。
　　 本文通过将EET理论运用到热轧HSLA钢微合金及其碳(氮)化物析出强化相的研究中,建立合理的模型,对微合金元素以及在热轧过程中析出的碳(氮)化物进行价电子结构计算,求出微合金元素及其碳(氮)化物的最强键能、晶体结合能、共价电子对数等数据,并结合其他理论方法和实验数据,从价电子层次分析HSLA钢热轧过程中析出的碳(氮)化物和渗碳体的各项本征性能与HSLA强度和塑性的关系,从而对微合金元素及其碳(氮)化物析出相对热轧HSLA钢性能的强化机理进行价电子理论分析。
　　 通过研究发现,微合金元素氮化物(MN)的最强共价键键能整体要比碳化物(MC)的强,在钢中微合金元素更易于N结合成键络很强的化合物。而在对晶体结合能计算中,热轧HSLA钢中各相结合能大小顺序为NbC＞ZrN＞NbN＞VC＞VN＞ZrC＞TiN＞Fe3C＞TiC,这也反映了MN比MC更易结合。
　　 本文提出了平均共价电子数、平均键合能、平均成键能力和塑性因子四个参数,分别表征晶体的强度、硬度、稳定性以及塑性,对比发现,VN的强度、硬度、塑性以及稳定性等综合性能最高,VC次之。表明V元素的化合物强硬度高,稳定性好,易于沉淀析出,加之塑性好,颗粒尺寸小,利于弥散析出,所以,相对于其他微合金元素,V元素对钢具有更好的强化效果。此外,本文还提出了在热轧HSLA钢过程中强化作用的分——布:加热过程中主要是固溶强化;轧制阶段为加工硬化、亚晶强化、析出强化等;冷却阶段主要是析出强化和细晶强化。