近日，上海大学先进凝固技术中心团队在多元微合金化对低合金铸钢的显微组织和力学性能影响机理方面的研究取得重要进展，研究成果以“Microstructure and mechanical properties of a novel Nb-V-Ce multi-microalloyed low-alloy cast steel”为题发表在材料科学领域学术期刊《Journal of Iron and Steel Research International》。该论文第一作者为赵龙博士研究生，通讯作者为陈湘茹正高级实验师。上海大学为第一作者和通讯作者单位。

海洋平台是人类进行海洋开发的基础，节点是海洋平台中一个关键组件。我国目前所采用的大多是焊接节点，其存在内应力高，低温冷脆大等问题。而相比之下，铸造节点具有稳定性好、疲劳强度高、耐极端环境能力强和成本低等优点，是未来海洋平台节点的首选。因此，提高海洋平台铸钢节点用低合金铸钢的力学性能对于铸钢节点的生产至关重要。本文采用多元微合金化技术，通过热力学计算与实验相结合，研究Si及微合金元素（Nb、V、Ce）对低合金铸钢显微组织和力学性能的影响机理，为铸钢节点的工业化生产奠定一定的基础。

不同成分铸钢热处理后显微组织OM图: (a), (d)和(g) 0.6Si-0Nb-0V; (b), (e)和(h) 0.6Si-0.04Nb-0.05V; (c), (f)和(i) 0.3Si-0.04Nb-0.05V

不同成分铸钢热处理后EPMA面元素分布图: (a) 0.6Si-0Nb-0V; (b) 0.6Si-0.04Nb-0.05V; (c) 0.3Si-0.04Nb-0.05V

不同成分铸钢的力学性能: (a)应力-应变曲线; (b)强度; (c)冲击功

不同强化机制对屈服强度的贡献量

实验结果表明，多元微合金化能显著提高低合金铸钢的屈服强度和抗拉强度。当微合金化元素含量保持不变时，将Si含量降至0.28 wt.%，多元微合金化低合金铸钢的屈服强度和冲击功均优于未添加微合金化元素的铸钢，其中，屈服强度达到648 MPa，-40 ℃冲击功达到92 J，符合X80管线钢API SPEC 5L和ISO 3183-2012标准。这是因为微量合金元素的加入细化晶粒，促进NbC等纳米析出相的形成，发挥了其晶界强化和析出强化作用。

该研究得到国家自然科学基金委、“含钒铸钢铸铁应用技术联合实验室”和“上大-中信-CBMM含铌铸造合金联合实验室”的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s42243-025-01469-6