超快冷工艺对低合金高强钢组织梯度调控机制

摘要

低合金高强钢在工程机械、能源装备和轨道交通承力构件上应用广泛，其服役性能越来越依赖厚度方向强度、韧性与耐磨性的匹配。传统控轧控冷（TMCP）冷却速率受限，无法在相变敏感温区实现动力学路径的精确分区控制，导致组织均匀性较好但梯度可控性较差。文章以25mm厚Q345E级低合金钢为对象，开展梯度超快冷（UFC）实验。结果表明：UFC梯度使局部γ/ɑ界面能降至175m J/m~2，促进纳米级Mn/C原子簇前驱体形成，形核率提高3.2倍，驱动铁素体晶粒尺寸从3.2μm梯度增至5.7μm，位错密度从1.20×10~(15)m~(-2)降至7.6×10~(14)m~2,Mn偏聚度从0.18at.%降至0.04at.%。该三维梯度结构使屈服强度梯度达186MPa/mm,20℃夏比冲击功衰减梯度仅-12J/mm，远优于常规调质态的-38J/mm，实现了强度与韧性的良好匹配。