在现代制造业中，热-work模具钢被广泛用于热锻造和压铸工艺[1,2]。在使用过程中，模具表面及附近区域会经历快速加热和冷却、冲击载荷、高接触应力以及有限的高温接触或停留时间。这些条件会引发多种相互作用的退化过程，包括热疲劳、氧化、磨损、塑性变形以及时间依赖的应变积累[[3], [4], [5]]。尽管蠕变不是热-work模具的主要失效模式，但在每个工作周期的高温阶段，材料仍处于机械载荷作用下。因此，反复的载荷会导致时间依赖的应变积累和模具型腔几何形状的永久性变化，从而降低尺寸精度[5]。在本研究中，通过恒定载荷蠕变试验来单独考察这种持续载荷因素对材料性能的影响，而不涉及循环载荷和冲击载荷的影响。淬火和回火处理后的热-work模具钢的时间依赖变形抗力强烈依赖于其层状马氏体微观结构的稳定性，包括原始奥氏体晶粒、晶团、块状结构、片层结构、低角和高角边界、位错亚结构以及二次沉淀物。在持续高温载荷下，位错重排和湮灭、片层/亚晶粗化、碳化物演变以及蠕变空洞的形成会逐步恶化这种结构[6]。因此，通过对蠕变后的微观结构进行表征，可以探讨测量到的蠕变响应与片层/亚晶结构、位错相关亚结构、碳化物以及蠕变空洞变化之间的关系。
热机械疲劳、循环软化、寿命预测以及热疲劳引起的微观结构演变已经在热-work模具钢中得到了广泛研究[[7], [8], [9]]。相比之下，关于在持续高温载荷下初始层状微观结构的退化及其对蠕变影响的研究较少。对耐蠕变9-12Cr马氏体钢的研究表明，蠕变行为与片层/亚晶边界、二次沉淀物和位错亚结构的稳定性密切相关[[10], [11], [12], [13]]。虽然这些钢与热-work模具钢在成分和暴露条件上有所不同，但它们所报道的微观结构演变为本研究提供了有用的机制背景。
沉淀物的演变和服务引起的微观结构退化也会影响蠕变行为。He等人发现，富Cu相通过改变沉淀物的演变和微观结构的恢复能力影响了G115马氏体钢的蠕变行为[14]。Kvapilová等人报告称，长期服务暴露改变了低合金Cr-Mo-V钢的微观结构和蠕变性能[15]。这些研究表明，蠕变行为取决于暴露过程中的微观结构稳定性以及初始的热处理条件。对于传统的热-work模具钢，这种关系尚未得到充分理解。
通常通过合金设计和热处理优化来提高回火马氏体钢的蠕变抗力和高温稳定性[16]。Dong等人设计了一种11Cr马氏体钢并评估了其长期蠕变断裂强度[17]，而Dudova等人表明，回火温度通过改变10%Cr钢的初始位错密度、碳化物颗粒分布和马氏体片层结构来影响蠕变行为[18]。这些研究阐明了成分和热处理如何形成初始的回火微观结构。然而，对于在炼钢和凝固过程中引入的微观结构差异是否能在热机械加工、热处理以及随后的高温变形过程中持续存在，目前关注较少。
热稳定颗粒已被研究作为提高高温微观结构稳定性的手段[19]。它们对晶界迁移、位错运动、沉淀物演变和高温变形的影响取决于颗粒的化学成分、尺寸、分布、界面结构以及基体成分[20,21]。Wang等人将NbC颗粒原位引入4Cr5MoSiV1钢中，观察到微观结构的细化以及高温磨损性能的改善[22]。Tu等人报告称，在经过稳定热处理后，TiC颗粒影响了钢基复合材料的局部纳米压痕蠕变行为[23]。Liu等人进一步表明，少量TiC-TiB2的添加在600°C和330 MPa下降低了Super304H钢的蠕变率并延长了其蠕变寿命[24]。由于这些研究涉及不同的合金体系、处理工艺或局部测试方法，目前尚不确定在炼钢过程中引入的微量TiC-TiB2颗粒是否能够在工业加工中存活并影响传统热-work模具钢的宏观蠕变响应。
在本研究中，通过在炼钢过程中加入基于铝的母合金将微量TiC-TiB2颗粒引入Cr-Mo-V热-work模具钢中。预计这些颗粒可以促进异质 nucleation 并减少凝固过程中枝晶间共晶碳化物网络的连续性。随后通过锻造、奥氏体化、淬火和回火过程跟踪了微观结构的变化。评估了室温和高温下的力学性能，并在600°C和恒定应力条件下进行了短期蠕变断裂试验。选择这一温度是为了加速恢复过程，并在实际测试时间内获得可测量的时间依赖变形。蠕变后的TEM、EBSD和断口观察用于研究马氏体片层/亚晶结构、二次碳化物、位错相关特征以及蠕变空洞的变化。
