连铸连轧技术能够提高材料的成材率,降低钢材的生产成本,是20世纪钢铁工业发展的一项重要革命。随着近年来电厂规模的大型化发展,决定了电厂反应堆堆芯及压力容器直径的增大,容器壁厚增加。为了提高钢的淬透性,通常会在钢的连铸过程中加入一定量的合金。研究表明,提高含铝钢中的碳元素含量能够减少铝的碳氮化物在晶界处的析出,并且能够细化奥氏体晶粒,提高钢的热塑性。但目前针对稀土元素对钢的热塑性的影响研究较少。除合金元素外,钢在连续铸造的过程中会残留着一些难以去除的杂质元素磷和锡等。现阶段关于杂质元素磷对钢的热塑性的影响结果和机理存在着两种不同的观点,因此磷元素对钢热塑性的影响的研究将会是一项有意义的工作。此外,由于材料在冶炼的过程中同时存在着多种微量元素,合金元素和杂质元素对钢的热塑性会产生不同的作用效果,而对于多种微量元素对钢热塑性的联合影响的研究也很少。钢在连铸矫直过程中横向裂纹的产生与钢的热塑性低谷相吻合,因此实验室采用热模拟拉伸试验来模拟连铸工艺过程,以便探究连铸横向裂纹产生的原因,并寻求相应的解决方案。本文通过热模拟拉伸技术以及现代材料分析方法,针对铬-钼系和碳-锰系两种常用的低合金压力容器钢,对磷、锡和铈等单一微量元素对钢热塑性的影响机理做了研究,同时研究了元素磷和锡以及铈和锡对压力容器钢热塑性的联合影响,并对两种元素的联合作用机理进行探讨。主要研究内容及成果如下。采用Gleeble-1500D热模拟试验机分别对未添加微量元素和添加不同微量元素(P、Sn、P+Sn、Ce和Ce+Sn)的1Cr-0.5Mo钢,未添加微量元素和添加不同微量元素(Sn和Ce+Sn)的C-Mn钢进行热模拟拉伸试验。将试样加热至1300℃,保温3分钟后以5℃s-1的速率冷至不同的试验温度,进行拉伸变形,以得到试样的断面收缩率(RA)用于表征材料的热塑性。随后采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、场发射扫描透射电子显微镜(FEGSTEM)对断裂区的组织进行分析,利用纳米压痕技术对钢的晶界区域的硬度进行测量,并使用FEGSTEM技术测量不同试样加热变形区晶界处微量元素的偏聚浓度。实验结果显示,杂质元素磷能够提高1Cr-0.5Mo钢的热塑性。在奥氏体-铁素体双相区内,磷能够对晶界铁素体起到固溶强化作用,降低铁素体与奥氏体间的强度差,使两相之间的变形协调性增加,从而提高钢的热塑性。在奥氏体单相区,磷能够促进奥氏体的动态再结晶过程,从而提高钢的热塑性。当钢中存在杂质元素锡时,锡原子会在热加工过程中偏聚到晶界而降低钢的热塑性。将微量磷添加到含锡钢中,磷对铁素体的固溶强化作用以及对奥氏体动态再结晶的促进作用不会受到锡的影响,并且磷原子在晶界处的偏聚会抑制锡原子的偏聚,从而抑制锡对钢热塑性的负面影响,提高钢的热塑性。铬-钼钢中加入微量稀土铈也会使钢的热塑性得到改善。在奥氏体-铁素体双相区,铈能够推迟沿原奥氏体晶界处析出先共析铁素体；在奥氏体单相区,铈原子在晶界处的偏聚能够增加晶界的内聚力,抑制晶界滑移,从而提高钢的热塑性。含锡的铬-钼钢中添加微量稀土铈可以改善钢的热塑性。铈原子在晶界处的偏聚抑制了晶界滑移,减少了由于锡原子晶界偏聚所引发的负面影响。铈添加到含锡的碳-锰钢中也可以提高钢的热塑性。在奥氏体-铁素体双相区内,杂质元素锡能通过提高Ae3温度来促进先共析铁素体的形成,导致碳-锰钢的热塑性低谷加宽,而铈可以通过影响形变诱导铁素体的动力学过程来推迟铁素体的生成,因此含有铈和锡的碳-锰钢的热塑性低谷区的宽度并没有受到影响。同时铈原子在晶界处的偏聚能够抑制锡原子在晶界处的偏聚,从而抑制晶界滑移,提高钢的热塑性。