摘要
基于二维错配度理论，针对以NbC为基底的相对形核相γ‑Fe、α‑Fe进行错配度计算.利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、金相显微镜（OM）、动态热模拟相变仪，以及力学性能测试，研究了含Nb微合金钢的析出强化、细晶强化、控冷效果、显微组织及力学性能.结果表明：α‑Fe与NbC异质形核的效果较好，γ‑Fe与NbC异质形核的效果不理想；在连续冷却过程中，珠光体的临界冷却速率为1.5 ℃/s，贝氏体的临界冷却速率为5.0 ℃/s；含Nb的HRB500钢筋通过合适的控冷工艺可以有效细化晶粒尺寸，提高微合金钢的力学性能.
钢筋是建筑的骨架结构，在建筑物中发挥主要作用，现代建筑和工程需要屈服强度更高的高强度钢筋.钢筋屈服强度提高的同时往往伴随塑性的降低，因此非常有必要研发既具有高强度又具有良好韧性的钢材，以满足安全可靠的要求.微合金高强度钢筋在房屋建筑和海洋工程中广泛使
研究表
鉴于HRB500钢中的形核相在高温相变前以γ‑Fe存在、相变后以α‑Fe存在，本文运用理论计算，对以NbC为基底的形核相γ‑Fe、α‑Fe进行错配度计算和分析，探讨NbC对HRB500钢筋凝固过程中异质形核的影响，同时研究Nb对HRB500钢筋组织的影响规律.
利用DIL805动态热模拟相变仪对
图1
Fig.1 Process diagram of continuous cooling transformation of
图2 拉伸试件尺寸
Fig.2 Dimension of standardized steel bar sample for tensile test （size：mm）
Bramfit
由于钢液在凝固过程中Nb与C的亲和力很大，所形成的高熔点NbC可能会成为异质形核的核心，因此本文将NbC作为基底，以γ‑Fe、α‑Fe为形核相来计算形核效率.NbC的（100）面分别与γ‑Fe（100）面、α‑Fe（100）面的晶体学匹配关系图如
图3 NbC的（100）面与γ‑Fe（100）面、α‑Fe（100）面的晶体学匹配关系图
Fig.3 Parallel time lattice mismatch degree diagram of （100）NbC vs（100） γ‑Fe ，（100） α‑Fe
钢液凝固过程中NbC对γ‑Fe和α‑Fe异质形核作用有所不同.表
图4
Fig.4 CCT curves of
图5 不同冷却速率下
Fig.5 Micro morphology of
对冷却速率为0.3 ℃/s下显微组织为珠光体和铁素体的
图6 试验钢的显微组织形貌
Fig.6 Micro morphology of test steels
图7 试验钢中铁素体晶粒尺寸
Fig.7 Ferrite grain size of test steels
由此说明，在试验钢中添加Nb，可以进一步细化晶粒尺寸.这是因为Nb是强碳化物形成元素，对C有很强的吸附能力，使原本在晶界上析出的碳化物溶解，碳化物转变为NbC；奥氏体（A）中弥散的、稳定的NbC颗粒可以阻碍奥氏体晶粒长大，对晶界起到钉扎作用，从而阻碍晶界迁移和奥氏体再结晶，细化了奥氏体晶粒，同时在奥氏体变形过程中位错结构和晶内变形带很难恢复，因此铁素体很容易在晶界和晶粒内形核，铁素体和珠光体的形核点增加，试验钢的显微组织得以细化.
试验钢的力学性能指标列于
Note： fy—Yield strength； ft—Tensile strength； A—Elongation after fracture.
图8 试验钢的拉伸应力-应变曲线
Fig.8 Tensile stress‑strain curves of test steels
对
图9
Fig.9 TEM， SADP and EDS analysis of
NbC在高温时稳定性好，可以有效钉扎奥氏体晶界，形成的奥氏体晶粒尺寸更为细小，在1个奥氏体晶粒内可以形成数个珠光体.由于NbC钉扎作用所形成的奥氏体尺寸较小，在此基础上形成的珠光体团的尺寸和片层间距更为细小，因此在有效提高试验钢强度的同时，还能保持良好的塑性.
（1）根据二维错配度理论计算可知，NbC与α‑Fe的形核最为有效，与γ‑Fe的形核相对困难.通过错配度的计算可以预估Nb的碳化物与基体之间形核的有效性，提高其与α‑Fe的形核效率.
（2）当试验钢的组织为珠光体和铁素体时，Nb的添加可以使试验钢的微观组织明显细化，提高试验钢的屈服强度和抗拉强度，但塑性基本不变.
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