低合金钢微结构调控TMCP技术中相变热力学/动力学相关性研究
批准号:
51431008
项目类别:
重点项目
资助金额:
350.0 万元
负责人:
刘峰
依托单位:
学科分类:
E0101.金属材料设计、计算与表征
结题年份:
2019
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
张忠铧、王锦程、章传国、杨长林、王海丰、王慷、宋韶杰、左强、王磊
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中文摘要
制备热轧钢所需的控轧控冷技术(TMCP)旨在将控制变形和控制相变结合来调控钢材微结构及性能。当前,TMCP调控技术未能将微观组织状态、非平衡效应以及形变的综合影响同所涉及相变的热力学/动力学函数相耦合,因此无法开展面向目标组织、性能的加工条件(热力学/动力学)的协同性调控。..本项目拟通过理论建模、多尺度模拟及实验研究,定量描述低合金钢TMCP涉及相变中动力学通量与热力学驱动力间关系,建立扩散、切变统一型微观速率方程及相变动力学模型,获得热力学驱动力和动力学能垒间函数关系及热力学驱动力、动力学能垒与组织演化的定量关系,实现加工条件、相变机制与组织、性能的一体化、定量化研究。..针对典型工业用低合金钢,基于所建立的热力学/动力学相关性理论,实现TMCP工艺条件下微观组织的定量预测,获得面向目标组织的最佳热力学/动力学条件并将其转化为TMCP调控工艺参量,进而提出TMCP调控新理念。
英文摘要
By combining controlled rolling and controlled cooling, Thermo-Mechanical Control Process (TMCP) technology is able to achieve a combined control of deformation and phase transformation so that the mechanical properties of steels can be optimized. However, the current TMCP technology dose not combine the overall effects of microstructure status, non-equilibrium effects, and deformation with the functions of thermodynamics and kinetics of phase transformations involved in TMCP. Therefore, the coordinative adjustments on the TMCP processing parameters (thermodynamics/kinetics) which are essentially important on achieving the desired microstructures and mechanical properties are not able to be carried out. ..This project aims to fill this gap. By combining theoretical modeling, multi-scale computer simulation, and experimental investigations, the correlation between thermodynamics and kinetics involved in TMCP processing of low-alloyed steels will be quantitatively described; a united micro-scale rate equation and a united kinetic model dealing with diffusively/displacively controlled transformation under local non-equilibrium condition will be developed. Accordingly, a quantitative relationship among the thermodynamic driving force, the kinetic barrier, and the microstructure evolution will be established, so that an integrative and quantitative research on processing conditions, phase transformation mechanisms, and microstructures/mechanical properties can be achieved. ..Based on the developed theory, aiming at several typically industrial low-alloyed steels, the microstructures resulted from any TMCP processes will be predicted quantitatively; then, the thermodynamic/kinetic parameters corresponding to the desired microstructures will be converted to the TMCP processing parameters and the most efficient TMCP route to achieve the desired microstructure will be obtained. On this basis, a novel concept for TMCP will be proposed based on the established theory.
本项目针对高强度低合金钢微结构调控涉及的重要相变,旨在探讨热力学驱动力和动力学能垒间固有规律;通过研究上述规律在组织调控涉及相变中的定量体现,建立热力学驱动力、动力学能垒同相变组织间定量关系,以指导和设计典型工业用低合金钢的组织调控。首先,从一阶相变,即凝固和固态相变(聚焦于低合金钢组织调控涉及的重要相变)中演绎出热-动力学相关性,其次,表征热-动力学相关性在晶界迁移和相界迁移中的模型化体现,最后,相关性模型应用于钢铁组织调控,实现组织预测和工艺确定。.本项目在热-动力学及其应用于材料设计方面得到四个标志性成果,可归纳为:(1)一普适思想:热-动力学相关性;(2)一通用模型:非平衡多尺度组织演化方程;(3)一先进材料:双相双峰高强塑纳米块体钢铁;(4)一协同判据:大驱动力-大能垒-大广义稳定性材料设计策略。从热-动力学理论和实验工作中总结出热-动力学相关性的学术思想,从而悟道组织演化模型以及驱动力-能垒-组织关联。进一步推导出基于热-动力学协同的非平衡多尺度组织演化模型,从而从数学解析上得知大驱动力大能垒相变对应优异组织。据此,设计纳米相变得到双相双峰组织。分析双相双峰组织形成和变形机理,推导出广义稳定性,进而推断出大驱动力-大能垒-大广义稳定性对应大强度大塑性。.该项目在金属材料重要刊物Acta Mater发表论文10篇。基于所建立的非平衡相变热-动力学协同理论,形成了面向目标组织的相变设计等核心技术;授权国家发明专利15项,主持制定国家和企业标准各1项,并在油气开采、高铁等重大工程中获重要应用。相应成果获2019年度教育部自然科学奖一等奖。由傅恒志院士、刘维民院士、魏炳波院士等9名行业知名教授组成的专家组一致评价,“该项目丰富和发展了金属材料相变理论,在非平衡凝固与固态相变一体化调控和相变热-动力学相关性等方面处于国际引领地位”。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Soft magnetic properties and thermal stability of bulk Fe83B17 alloy prepared by undercooling and Cu-mold casting methods
过冷铜模铸造块体Fe83B17合金的软磁性能和热稳定性
DOI:10.1016/j.jmmm.2015.02.029
发表时间:2015-06
期刊:Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:2.7
作者:Yang Changlin;Zhang Jun;Huang Huili;Sheng Gang;Liu Feng
通讯作者:Liu Feng
Modeling solute segregation in grain boundaries of binary substitutional alloys: Effect of excess volume
模拟二元替代合金晶界中的溶质偏析:过量体积的影响
DOI:10.1016/j.jallcom.2016.04.284
发表时间:2016-10
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Gong M. M.;Liu F.;Chen Y. Z.
通讯作者:Chen Y. Z.
Exploring the concurrence of phase transition and grain growth in nanostructured alloy
探索纳米结构合金中相变和晶粒长大的同时发生
DOI:10.1016/j.actamat.2016.07.052
发表时间:2016-10
期刊:Acta Materialia
影响因子:9.4
作者:Huang Linke;Lin Weitong;Lin Bo;Liu Feng
通讯作者:Liu Feng
Nano-eutectic structure formation and soft magnetic properties of bulk ternary Fe-B-M (M = Si, Cu) alloys
大块三元 Fe-B-M (M = Si, Cu) 合金的纳米共晶结构形成和软磁性能
DOI:10.1063/1.4959801
发表时间:2016-07
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Huang Huili;Yang Changlin;Song Qijiao;Ye Ke;Liu Feng
通讯作者:Liu Feng
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Acta Materialia
影响因子:9.4
作者:Wangwang Kuang;Haifeng Wang;Jianbao Zhang;Feng Liu
通讯作者:Feng Liu
基于相变/变形广义稳定性的金属结构材料设计
- 批准号:52130110
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:301万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘峰
- 依托单位:
典型非平衡形核/生长类相变动力学研究
- 批准号:51071127
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:37.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:刘峰
- 依托单位:
非平衡凝固过程中有关形核、生长及碰撞的竞争问题
- 批准号:50771084
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:刘峰
- 依托单位:
单相固溶体合金非平衡液/固相变与固态转变的统一理论
- 批准号:50501020
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:刘峰
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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