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微合金钢具有良好的综合力学性能、焊接性、成形性及其他使用性能,其中钛微合金钢随着含钛第二相析出理论的逐渐完善,以及当前钛与铌、钒相比在价格上的优势,使得钛微合金钢的应用领域不断拓宽,成为了近年来研究的热点。由于碳氮化钛在奥氏体中的固溶度小,限制了钛的碳氮化物的细晶强化和沉淀强化作用的发挥,而其他含钛化合物由于有害作用明显大于有利作用又必须尽量避免其形成。近年井越来越多的试验研究结果表明钼可以提高钛微合金钢的强度,但是,钼在含钛钢中的具体作用机理尚不明确。本文首先采用基于密度泛函理论的平面波赝势法对钛微合金钢中可能存在的含钛化物以及钼加入钢中可能产生的钼的碳、氮化物以及钼对钛的化合物的影响进行了研究,然后对钛的碳化物、氮化物与铁基体的界面进行了研究,并通过对相关界面的计算研究了钛、钼在奥氏体中复合析出的机制。通过计算TiC、TiN、TiO2、TiS、Ti4C2S2、Ti (C, N)、MoC、MoN和Mo2C九种化合物结构的形成热和结合能,发现Ti(C, N)的形成热为正值,表明这种结构的化合物不能够直接形成,而实际在含钛钢中观察到了碳、氮同时与钛结合生成的Ti (C, N),这个差异是由于Ti(C,N)被认为是TiC和TiN的互溶产物。TiC、TiN、TiO2、TiS、Ti4C2S2、 MoC、MoN和Mo3C的形成热为负,表明这些化合物结构能够直接形成。其中,钼的碳化物、氮化物结构的形成热比钛的各种化合物的形成热数值大,说明MoC和MoN结构并不会比钛的各种化合物优先形成,而各种钛的化合物结构的形成能力由高到低依次为TiO2、TiS、TiN、Ti4C2S2、TiC。为了计算钼对钛的碳化物、氮化物的影响,本文对不同钼含量的钛的碳化物、氮化物的模型进行了计算。发现随着钼的加入量增大,TiC和TiN的结合能和形成热先降低再升高,这说明一定量钼的加入可以使TiC和TiN更容易生成、结构更稳定,并且在钛钼比为1时即(Ti0.5Mo0.5)C和(Ti0.5Mo0.5)N的结合能和形成热最低,结构最稳定。本文对钛的碳化物、氮化物与铁素体、奥氏体的界面模型进行了计算研究。研究结果表明TiC、 TiN与奥氏体的界面能大于TiC、TiN与铁素体的界面能,TiC与铁基体的界面能大于TiN与铁基体的界面能。对成分为0.042C-0.10Ti-0.0035N-0.21Mo的钛钼复合微合金钢进行了透射电镜分析,研究结果表明钛、钼能够复合析出,而钛、钼复合析出的机制可能存在三种,通过对(Ti,Mo)C与奥氏体界面,MoC与奥氏体界面,Mo偏聚于TiC与奥氏体界面的研究,并与TiC和奥氏体界面的进行对比,指出钛、钼复合析出最有可能的析出方式是先形成碳化钼,然后以碳化钼为核心的碳化钛钼复合析出。对比四种界面的差分电荷密度图发现在界面处Mo与Fe比Ti与Fe的相互作用更强,钼的加入使得Fe与C原子的价键增强。