D0I:10.13374/i.issn1001053x.1990.05.006 第12卷第5期 北京科技大学学报 Vol,12 No.5 1990年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sept.1990 铝、钛、钒和铌对中碳钢奥氏体 品粒度的影响 李文卿·张小红·高宁· 王轶文 摘要：对G的微合金化高氮L45钢进行了长时间(1800s)加热时和快速(50C/) 短时间(s)加热时奥氏体品粒长大试验。测定了奥氏体晶粒平均裁线长度。在苯取复型 透射电镜照片上利用图象分析仪测定了1'、3*和6*钢样中微细析出相的尺寸分布。利用透 射电镜能谱仅分折了微细析出相的化学成分。还探讨了铝及微合金化元素钛、讯和银与加 热温度对高氮中碳铜奥氏体品粒度的影响机制。 关键词：微合金化元素。高氨中碳钢，奥氏体品粒，粗化温度，微细析出相 W The Effect of Al,Ti,V and Nb on the Grain Growth Behavior of Austenite in Medium Carbon Steels Li Wenging'Zhang Xiaohong Gao Ning Wang Yiwen. ABSTRACT:The austenite grain growth tests for six heats of micro- alloyed high nitrogen L45 steels were experimented at the condition of long time heating (1800s)and stort time heating (5s)by rapid heating rate (50C/s).The mean intercepts of austenite grains were measured.Utilizing the transmitted ele- ctron microscopic photoplates for extsacted replica the size distribution of the precipitated phases in steel 1",3*add 6 were determined.The chemical compo- sition of the fine precipitates was analysed by Energy Dispersion Spectrometer attached to the TEM.The mechanism of the effects of Al and the microalloyed 1989-08-10收稿 ·北京科技大学(University of Scicnce and Technology Beijing) ,·太原钢铁公司(Taiyuan Iron and Stecl Company) ·437·
‘ 第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 。 铝 、 钦 、 钒和妮对中碳钢奥 氏体 晶粒度的影响 入 ， 李文卿 ’ 张小红 ’ 高 宁 ’ 王轶文” 摘 要 对 。 炉 微 合 金化 高 氮 拓 钢进 行 了 长 时 间 。 ， 加 热 时 和 快速 短时 间 加热时 奥 氏体 晶粒 长大 试验 。 测 定 了 奥 氏体 晶粒平 均 截 线 长 度 。 在 萃取 复 型 透射 电镜照片」几利用 图 象分 析仪 测定 了 ’ 、 ’ 和 ’ 钢样 中微细 析出 相 的 尺寸 分 布 。 利 用 透 射 电镜 能 谱仪 分 析了微 细 析出相 的 化 学 成分 。 还探 讨了 铝 及微 合 金化 元 素 铁 、 饥 和 锭 与加 热 温 度对高氨中碳钢 奥 氏体晶粒度的 影 响机 制 。 关键饲 微 合 全 化元 素 ， 高 氮中碳 钢 ， 奥 氏休 晶 粒 ， 粗化温 度 ， 微 细 桥 出相 刘 。 夕 不于 尸 口 夕 ’ 夕 ” 夕 夕 牙 ” 夕 功 ” 、 、 只 。 ， 莽 丁 了 ‘ 一 一 收稿 · 北 京科技大学 ， ， 太原钢铁公 司 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1990．05．006
clements Ti.V.Nh and of healing temperalure on the austenite grain size was studied. KEY WORDS:micro-alloyed clements.high nitrogen medium carbon steel, austenile grain size.coarsening temperature.fine precipitates. 巾碳L45钢是制造纺织机械罗拉的专用钢种，治金厂多半采用电炉治炼，热轧棒材一般 作轧钢厂经过正火处理。微合金化和控轧控冷技术的应用可保证热轧后得到细化的显微组织 和所需要的综合力学性能、从而省去正火或调质处理。 本文作为微合金化中碳钢控制轧制和控制冷却的研究的一部分【’，主要研究铝、钛、钒 和倪等微合金化元素对高数中碳钢长时间加热和短时间加热时奥氏体品粒长大倾向和粗化温 度的影啊，并探时其作用机制，为拟制微合金化方案和控轧加热温度、正火温度及表面汴火 温度提供科学依据。 1实验用钢和实验方法 6炉实验用钢是在真空感位炉中Ar气保护下治炼的。其化学成分见表1。钢锭加热到 1150℃保温5h后i锻成30mm×50mm×500mm方坏，锻后空冷。再切削成30mm×50mm× 60mm小方坯作为挖轧控冷实验用料。为了研究微合金化中碳钢奥氏体晶粒长大行为，进行 以下两组实验。 (1)长时间加热时奥氏体品长大实验将经过控轧的试样机械切脚成约10mm× 10mm×12mm的小i试样.在箱式中加热至800~1250℃，保温0.5h后i淬火。 表1实验用钢的化学成分，wt% Table 1 Compositions of experimental steels,wt% 钢序号 C Si Mn Ti Nb N Ala 0.51 0.27 0.61 0.005 0,011 一 0.010 0.023 0.01t 0.032 2 0.52 0.29 0.60 9.027 0.010 0.023 0,011 0.029 》 0,50 0.29 0,61 0.023 0.010 一 0.0100.0230.011 0.031 0.50 0.28 0.62 0.032 0.093 0.0210.010 0.033 0.50 1,29 0.63 0.0G5 一 0.092 0.021 0,011 0.037 0.50 0.29 0,63 0,022 0.06r 0.010 0.0210.010 0,011 非：“一”友示米分析.估计Ti约为0,95”，V约为0.001 (2)短时间快速加热时奥氏体品前长大实验锻造的φ12mm试样经1200'℃保温0.5h 空冷，再在850℃i花火，然后机械加T成中8mm×12mm的圆柱试样，在Gleem ble一1500型 热模拟试验机上以50℃/s的恒速加热至900~1260℃，保温5s后水淬。 作经上述两组实验的试样上：，川饱和苦味酸水溶液十海鸥牌洗涤剂显示奥氏体品界，在 光学显微镜下用截线法测定了奥氏体品粒平均截线长度。 在1·、3*和6钢的长时问加热试样的孝取复型透射电镜照片上：，利用图像仪对微细析： 相质点尺寸分布进行了定量分析；并利用透射电镜能普仪对微细析出相的化学成分进行了定 ·438·
凡 、 厂 〕 。 一 卜。 。 一 ， 们 。 仪 。 、、 一 。 ， 一 手 一 。 ， 卜 ， 。 一 、 。 只 · 一 。 ， · 、 一 残 · 。 ，、 一 。 、 中碳 钢是制造 纺 织 机械 罗拉的 专用钢 种 ， 冶 金厂 多半采 用 电炉 冶 炼 ， 热轧 棒材一般 在轧 钢厂经 过 正 火 处理 。 微 合金化 和控轧 控冷技 术的 应 用可保 正热 车 后得 到 细化的 显微 组织 和 所需 要 的 综合 力 学性 能 从而省去 正火 或调 质处理 。 本文 作 为微 合金化 中碳 钢控 制轧 制和控 制冷 却的研究的一 部分 〔 ” 之 〕 ， 主要研究铝 、 钦 、 钒 和 视等微合金化 元素对高氮 中碳钢 长时 间加热 和短时 间加热时 奥 氏体 品粒 长大倾 向和粗化温 度的影响 ， 并探 讨其作 用 机 制 ， 为 拟 制微 合金化方案和 控轧 加热 温 度 、 正 火 温 度 及表 而淬火 温 度提供科学 依据 。 实验用钢和 实验方法 炉 实验 用钢是在真空 感应炉 中 气保护 下治炼的 。 其化 学成分见 表 。 钢锭加 热 到 一 ， 保温 后锻 成 义 又 方 坯 ， 锻 后空 冷 。 再 切 削 成 。 小 方坯 作 为控轧 控冷 实验 用料 。 为 了研究微合金 化 中碳钢奥 氏体晶粒 长大 行 为 ， 进 行 以 下 两组 实验 。 长时 间加 热时 奥 氏体 品粒 长大 实验 将 经 过控轧 的 试 样 机 械 切 割 成 约 的 小试 样 在箱式办” 中加热 至 一 ℃ ， 保温 后淬火 。 表 实验 用钢 的化学成分 ， ， 、 。 。 、 ， 、、 ， 旦不 钢 序 号 。 丁 。 弓 一 。 弓 。 。 一 一 了 。 。 。 北 。 。 一 。 。 。 。 。 。 忿日 〔 。 「亏 乃 一 一 。 。 。 。 汽 、 。 。 一 万 一 。 。 。 。 。 。 一 。 。 ， “ 一 ，， 左示 末 分 析 占 约 为 叮 ” ， 约 为 。 」、 。 短时 叭快 速加热时 奥 氏体 异粒 长大 实验 锻 造 的叻 试样经 。 ℃ 保温 。 后 空冷 ， 再在 ℃ 正 火 ， 然 后 机 械 加 工 成 价 、 的 圆柱试 样 ， 在 ， 一 型 热 模拟 试脸 机 上 以 ℃ 的 恒 速 加 热 至 一 ℃ ， 保温 后 水淬 。 在经 上 述 两 组 实验的 试样 卜 ， 川 饱和 苦味 酸 水溶 液 海鸥 牌 洗涤 剂 显示 奥 氏体 品界 ， 在 光学 显微镜 下 用截线 法测 定 了奥 氏体 晶粒 、 之均截 线长 度 。 在 、 ’ 和 ’ 钢 的长时 ’ 一 刁加热 试样的 萃取 复型透 射 电镜照片 ， 利 用图像仪 对微 细析出 相 质点尺 寸 分布进 行 了定 量分析 仁利 用透射 电镜能 潜仪 对微 细析 出 相 的化 学成分进 行丫定 卜 洲产 ·
量分析。 2实验结果和分析 2.1铝对高氨中碳钢奥氏体晶粒长大的影响 铝、铌、钛和钒对高氨中碳钢长时间和短时间加热时奥氏体晶粒长大倾向的影响如图1 所示。由图1可见，不含有微合金化元素的1钢，长时间加热时在1000℃以下，短时间加 热在1100℃以下，奥氏体晶粒并未开始长大，奥氏体晶粒平均截线长度只有8~10um。长时 间加时奥氏体品粒粗化温度约为1000℃，短时间加热时的粗化温度约为1100℃。1*钢奥氏 体晶粒长大倾向较小，粗化温度较高，其原因 一-lun3'.taee6ting 在于其中有0.032%A1s和少量残余Ti和V可形 orttime honting 成足够数量的微细的AIN和(Ti,V)NC质点阻三 150 碍奥氏体晶粒长大。 2.2微量铌(0.027%Nb)对高氮中碳钢奥氏 2*麦明：2+银% 体晶粒长大的影响 100- 大倾向较小，粗化温度较高，长时间加热时的 粗化温度和短时间加热时的粗化温度分别为 1000℃和1120℃。二者比较粗化温度提高约三 120℃。2*钢的奥氏体晶粒长大行为与1"钢的三 50L 几乎相同，只是在粗化温度以上奥氏体晶粒略三 细。这表明粗化温度以下奥氏体晶粒不长大， 也主要是靠A1N微细质点对奥氏体晶界的钉扎 作用，而形成的Nb(N,C)细小颗粒主要对粗 60u 化温度以上的奥氏体晶粒长大略有阻碍作用。 9010l111120U1309 Heating tomporature. 2.3钒对高氨中碳钢奥氏体晶粒长大的影啊 图1加热时奥氏体品粒平均截线长度随加热温度 的变化 图1上的曲线5+表明：奥氏体晶粒长大倾 Fig.1 Change of the mean intercepts 向很小，粗化温度较高，长时间加热时的粗化 of austenitc grains in six heats 温度为10G0℃，而短时间快速加热时的粗化温 steels at the condition of hea- 度约为1080℃。5*钢与1和2#钢的奥氏体晶 ting. 粒长大倾向及粗化温度几乎相同。这表明：它们的奥氏体晶粒长大都是受微细的AIN质点所 控制，但5*钢在粗化温度以上奥氏体晶粒尺寸要比1*钢和2*钢小得多，而在1050~1150℃ 之间又出现一个奥氏体晶粒缓慢长大温度区间，甚至在1150℃以上奥氏体晶粒长大也缓慢。 这显然与V(N,C)颗粒对奥氏体晶粒进一步长大的阻止作用有关。 2.4钛对高氨中碳钢奥氏体晶粒长大的影响 图1的曲线3*和4*请晰地表明：钛对高氨中碳钢奥氏体晶粒长大有独特的影响。3和4* ·439·
量分析 。 实验结果和分析 铝对 高 氮 中碳钢 奥 氏体 晶粒 长大 的影 响 铝 、 妮 、 钦和钒对高氮 中碳 钢长 时 间和短时 间加热时 奥 氏体 晶粒 长大 倾 向的影 响如 图 所示 。 由 图 可见 ， 不 含有微 合金化 元素的 “ 钢 ， 长时 间加 热时 在 。 。 ℃ 以 下 ， 短 时 间 加 热 在 ℃ 以 下 ， 奥 氏体 晶粒并 未开 始长大 ， 奥 氏 体 晶粒平 均截线 长 度只 有 一 。 长时 间加 时奥 氏体 晶粒 粗化温度 约 为 ℃ ， 短 时 间加热 时的 粗 化温 度约为 ℃ 。 ” 钢奥 氏 ，佘 一一 。 价只 一 曰 洲 全飞 卜 盯 一 斗 ︺入 曰︺ 一轰工︸ 体 晶粒 长 大 倾 向较 小 ， 粗化 温 度较 高 ， 其原 因 在 于其 中有 和少 量残 余 和 可形 成 足 够数量的微 细 的 和 ， 质 点阻 碍 奥 氏体 晶粒 长 大 。 微量 银 。 对 高 氮 中碳钢 奥氏 体 晶 粒 长大 的影 响 图 的 曲线 表 明 钢 的奥 氏体 晶粒 长 大 倾向较 小 ， 粗化温度较 高 ， 长时 间加 热 时 的 粗化温度和短时 间加 热 时 的 粗化温 度 分 别 为 ℃ 和 ℃ 。 二 者 比较粗化温 度提高约 、 ℃ 。 幸 钢的奥 氏 体 晶粒 长 大 行为 与 ’ 钢 的 几乎 相 同 ， 只 是在 粗化温 度以上奥 氏体 晶粒 略 细 。 这 表 明粗化 温 度 以 下奥 氏体晶粒 不 长大 ， 也 主要 是 靠 微 细质点对奥 氏 体 晶界的钉扎 作 用 ， 而 形 成 的 ， 细小 颗粒 主要 对粗 化温 度以上 的奥 氏体 晶粒 长 大略有阻碍 作 用 。 卜 ︺︸同︸︸︸分︺叱乱一丈工﹃卜己活︸毯工一沈勺乙尸‘。 、 、 。 钒 对 高氮 中碳钢奥 氏体 晶粒 长大 的影 响 图 上 的 曲线 ” 表 明 奥 氏 体 晶粒长 大 倾 向很小 ， 粗化温 度较 高 ， 长时 间加热时的粗 化 温 度为 ℃ ，而 短时 间快 速加 热时的粗 化温 度约为 ℃ 。 钢与 护和 祥 钢 的奥 氏体 晶 工 只 比 邢 ，积 、 山 沁 、 图 加 热 时 奥 氏休 品粒平 均 截 线 长 度随 加热温 度 的变化 五 粒长大 倾 向及粗化 温度几乎相 同 。 这表 明 它 们 的奥 氏体 晶粒 长大都是受微细的 质点 所 控制 ， 但 钢 在粗化温 度以上奥 氏体 晶粒尺 寸要 比 钢和 “ 钢小 得 多 ，而 在 一 ℃ 之 间又 出 现一个奥 氏 体 晶粒 缓慢 长 大温度区 间 ， 甚至 在 ℃ 以上奥 氏体 晶粒长大 也缓慢 。 这 显 然与 ， 颗粒 对奥 氏 体 晶粒迸 一 步长大的阻 止作 用有关 。 钦对 高氮 中碳钢奥氏体 晶粒长 大 的影响 、 图 的曲线 祥 和 清 晰地表 明 钦对 高氮 中碳钢奥 氏体 晶粒长 大有独 特的影 响 。 ， 和
钢的奥氏体品粒长时间加热时在850℃以上就开始缓慢长大，机化温度也降低到约950℃，短 时间快速加热时奥氏体晶粒也在比1·钢更低的温度开始长大；短时间加热时的粗化温度也分 别降低到1010℃和1030℃。 2,5钛和钒对高氨中碳钢奥氏体晶粒长大的综合影响 图1上的曲线6*显示出Ti和V对奥氏体晶粒长大有综合作用，其结果使同时含有T和V .1200D 的6*钢的奥氏体晶粒长大表现出明显的特点： tirain growth to 12 of size of originat (1)粗化温度显著降低，只有850~900℃： austenite gruins 1100 YB27-64,NO7 (2)在850~950℃之间奥氏体晶粒急剧长大： YB27-64:NOG 08 (3)在950℃以上奥氏体晶粒尺寸与加热温度 1000 是线性关系，(4)在1100~1250℃温度区间 % . 奥氏体晶粒仍保持较细小尺寸。6*钢的奥氏体 900 品粒长大的这种独特性将在后面深入讨论。 SUIR] 5 R00 2,6加热速度和保温时间对奥氏体屬粒尺寸的 800 90100011001200.1300 影响 Coarscning tomperature of grains at short time heating,C 由图1可以看出：加热速度和保温时间对 用2短时间快速加热时粗化滋度与长时间加热 奥氏体晶粒尺寸有重大影响。短时间快速加热 时粗化温度之间的关系 Fig.2 Relationship betwcen the coa- 使奥氏体品粒长大前的初始晶粒细化，使之从 rsening temperature at the diffe. 10~154m减小到8~104m,使粗机化温度提高 rent conditions of heating time 60~120℃，使长大后的晶粒尺寸明显减小。 短时加热时晶粒粗化温度与长时加热时晶粒粗化温度之间的关系如图2所示。它们之间行较 强的线性关系。但含有Ti和V的6#钢样的6级粗化温度向高温侧偏离线性关系。山图2可 见，各钢6级粗化温度长附间加热时相差较小，短附间快速加热时差异也不大。 3讨 论 3,1加热温度对微细析出相粒子尺寸及化学成分的影响 加热保温温度对1·、3和6*钢中微细析出相质点尺寸的彩响如图3所示。由图3可见， 微细析相质点尺均随加热福度提高而增加，【*钢和3钢呈线性关系，而6钢则呈现出复 杂的变化。当微细析出相质点粗化到临界尺小以上时，则奥氏体晶粒便开始急刷长大，这时 的加热温度便是粗化温度。 加热保温温度对微细析出相化学成分有重大影响。透射电镜能谱分析结果表明：在只今 行0.032%A1s但含行极微量残余Ti和V的1*钢中，微细析出相含有A1、Ti和V,仍以A1为 :,占(55~65)%。这表明：1*钢的高粗化温度主要靠微细A1N质点对奥氏体品界的钉扎 作用，但极微量残余Ti和V所形成的微细(Ti,V)NC质点也起补充作用，随着加热温度山 900℃提高到1100℃，微细析出相中的A1含量从65%降低到55%，Ti含量从19%增加到26%。 这表明AIN质点不仅尺寸增加，而几还有部分溶解。这意味着AIN质点的机化和部分溶解是 导致1钢奥氏体品粒机化的主要机制。 P ·410·
钢的奥氏 体晶粒长时 间加热 时 在 以 上 就开 始缓慢 长大 ， 粗 化 温 度也 降低到 约 ℃ ， 短 时 间快 速加热时奥 氏体 晶粒 也在 比 · 钢更 低 的温 度开 始 一 长大 短时 间加热时 的粗 化温 度也分 峨 ” 降低到 ， 不「 ℃ 。 钦 和钒对 高氮 中碳钢奥氏体 昌粒 长大 的综合 影晌 图 的 曲线 显 示 出 和 对奥 氏体晶粒 长大有综 合 作 用 ， 其 结果 使 同时 含有 和 ‘〕 凡‘ … 一 心 一州 到 犷 的 ’ 钢 的奥 氏体 晶粒 长大 表 现出明 显 的 特 点 粗化温 度显 著 降 低 ， 只 有 一 ℃ 在 一 ℃ 之 间奥 氏体 晶粒 急剧长大 在 。 ℃ 以上 奥 氏体 晶粒尺寸与 加 热 温 度 呈线性关 系 在 ， 温 度区间 奥 氏体 晶粒 仍保持 较 细小尺 寸 。 ’ 钢 的 奥氏体 品粒长 大的 这种独 特性将在后 面深入 讨 论 。 扮︸州 一祠。一匀﹄助洲创助加目。 妇。山﹄门 · 一﹄关二尸，比‘。 《 【 ’ 一 之一 一 犷 ， 艺 ， 之王 ， ’ 图 短 时 间快速加 热 时粗 化温 度 与 长时间加 热 时粗 化温 度之 间 的关 系 。 加 热速度和 保 沮时 间对 奥 氏体 昌粒 尺 寸 的 影 晌 由 图 可以看 出 加热 速度和保温 时 间对 奥 氏体 晶粒 尺寸有重大影响 。 短时 间快速加热 使 奥 氏体晶粒长大前的初始 晶拉细化 ， 使之 从 一 ，‘ 减 小 到 一 声 使粗 化温 度 提 气 一 ℃ 使 一 长大后的 晶粒尺寸 明显减 小 。 短时加 热 时 品粒粗 化 温 度与长时加 热 时 晶粒粗 化 温 度之 间的关 系如 图 所示 。 它 们之 ’ 有较 强 的 线性 关系 。 但 含有 和 的 钢样 的 级 粗化 温 度向高温侧偏 离线性 关 系 。 由 图 可 见 ， 各钢 级 粗化 温 度 长时 加 热时 相 差较小 ， 短时 可快 速加热 时 差异 也不 大 。 讨 论 万 加 热沮 度对徽 细 析 出相粒 子 尺 寸 及化 学成分 的影 响 加 热 保 温温 度 对 飞 ’ 、 ’ 习 ’ 钢 中微 细析 出相 质点 尺 寸的影响 如 图 所示 。 由 图 可见 微 细析 出相 质点尺 寸均随 加 热 温 度提 高而 增加 ， 钢和 钢呈 线性 关 系 ， 而 钢 则呈 现 出 复 杂的 变化 。 当微 细 析出相 质点 粗 化 到临 界尺 、 · 以 土时 ， 则奥 氏体 晶粒便开 始 急剧 长大 ， 这 时 的 加 热 温 度便 是粗 化 温 度 。 加 热 保 温 温 度 对微 细析 出 相化 学 成分 有 币大 影 响 。 透 射 电镜 能 许分析 结 果表明 在 只含 有。 。 但 含有极微 量残 余 和 的 钢 中 ， 微 细析 出相 含有 、 和 ， 仍 以 为 卜 ， 占 一 。 这表明 钢 的 高粗化 温 度主要 靠 微 细 质点 对奥 氏体 品界 的钉扎 作 用 ， 但极微 量残 余 和 所 形 成的微 细 ， 质点 也 起 补充 作 用 随 着 加 热 温 度 由 ℃ 提 高到 ， 微 细析 出相 中的 含量 从 降 低到 ， 含量从 增加 到 。 这 表明 质 点不 仅 尺 寸增加 ， 而 日 ‘ 还 有 部分浓 解 。 这 意味 着 入 质 点 的 粗 化和 部分溶 解是 导致 ’ 钢奥 氏体品粒 粗化 的 主要 机制 。 尹
能谱分析结果表明：含有0.023%Ti和0.034%A1s和极微量残余V的3*钢在900℃加热时 的微细析出相含有55%Ti、35%V和10%A1,但以T为主。这意味着在3钢中钉扎奥氏体品 界的主要微细析出相则为(Ti,V)NC。如果比较图3上的1“钢与3#钢的微细析出相质点平均 80 30 40 38 10 》 o1◆Steel o3F Steel 20 10 31 800 900 】00iW 1100 1200 Heating tenpcrature,℃ 900 1000 11001200 Heating temperature,C 图3热保温温度对高刻中欧钢中析出相颗粒 图1加热祖度对6*钢中析出相平均化学成分的 平均尺寸的影响 影刷 Fig.3 Influence of heating tempcrature Fig.Influence of heating tempera- on the mcan size of finc prcci- ture on the mcan compositions pitates in high nitrogen medium of fine precipitates of steel 6" carbon stcels 尺小，就不难看出：3*钢中微细析出相的尺寸比1*钢的略大，也就是说，(Ti,V)NC颗粒尺 寸比AIN颗粒尺寸略大。这样在较低加热温度时(Ti,V)NC质点就达到临界尺寸，奥氏体品 粒便开始长大。这就是其粗化温度低的主 40 要原因。随着加热温度从900℃提高到 70 1100℃，3#钢中的A1含量变化不大，但Ti 30 60 仑量从55%急剧增加到85%，而V含量从 35%急剧降低到10%。这表明此时的析出 50 相主要是Ti(N,C)。3钢在粗化温度以上号 30 40 6且 時三 30 尺寸较大的更稳定的Ti(N,C)颗粒对晶粒。 9 20 长大的阻止作用。 o Partiele or precipitated phases 山图4可以看出：同时含行Ti、V和运 e Austenite [rairs 10 As的6#钢中的微细析出相含有Ti、V 0 0 、800 300 1000 11G01200 和AI。这说明其微细析出相有(Ti,V)NC Hcating temperature, 和极微量的A1N,在900℃以下A1N质点 图56'钢样奥氏体晶粒平均尺寸和微细析出相 占相当部分，而在900℃以上(Tj,V)NC占 粒子平均尺寸与加热温度之间的关系 Fig.5 Change of the mean diameter of 主要部分。可以认为，少量极细小的A austenite grains and the mean 质点控制着粗化温度，由于其数量少，粗 size of fine precipitates in steel 6*with heating temperature 化温度较低；而900℃以上奥氏体晶粒随 ·11·
能谱分析结果 表明 含有 和 写 。 和极微量 残余 的 “ 钢在 ℃ 加热 时 的微 细析 出相 含有 、 和 ， 但 以 为 主 。 这意 味着在 钢 中钉扎奥 氏体 晶 界的 主要微 细析 出相 则为 ， 。 如果 比较 图 上 的 ’ 钢 与 ” 钢的微 细析 出相 质点平 均 护 多 。 丁“ 门 任仁 飞 一 户工 曰 色︸ 、 今 一 ‘ 一 、 亡 ︸之沂 尸自曰一 伏‘丈︸尸叭 · 劝 勺一︸二二。一已 协︸咙工洲︸几。 心口 〔〕 飞 飞飞 · ， ℃ 、 ，勺、 云 。 卜七一一一止 一一 土一 日 玉 以， 、 ， ’ 图 加 热 保温温 度 对高氮 中碳 钢 中析出 相 颗粒 平均尺寸 的影响 了 图 加 热 温 度对 毋 钢 中析出 相平 均 化学成分的 影响 ， 从 尺寸 ， 就不 难看 出 钢中微 细析 出相 的尺 寸 比 ’ 钢的 略大 ， 也就是 说 ， ， 颗粒尺 寸 比 颗粒 尺 寸略大 。 这样在较 低加 热 温 度时 ， 质点就达到 临界尺寸 ， 奥 氏 体 品 一州一允力尸工。口 尸 一 一 一 巴加万三 一刃祠认。厂日 粒便开 始长大 。 这就是其粗化温 度低 的 主 要 原 因 。 随着加热温 度 从 ℃ 提 高 到 ℃ ， 钢 中的 含量变化不大 ，但 含量从 急 剧增加 到 ， 而 含量从 急剧降低到 。 这表明此时的析出 相 主要 是 ， 。 钢在粗化 温度以 上 奥 氏体 晶粒长大 比 “ 钢 的缓 慢 ， 主要是靠 尺寸较 大的 更 稳定的 ， 颗粒 对 晶粒 长大的阻 止作 用 。 住万图 搜可 以看出 同 ‘ 含有 、 不「 。 的 钢中的微细 析 出相含有 、 和 。 这说 明其微细析出相 有 ， 和极微 量的 ， 在 ℃ 以下 质点 占相 当 部分 ，而 在 ℃ 以 ， 占 主要部分 。 可 以认 为 ， 少 量极细小 的 川 质点控制着粗化 温度 ， 山 于其数量少 ， 粗 化温度较 低 而 ℃ 以 上 奥 氏体 晶粒随 咋一 一 一 飞 呈 一 卜卜 、 、 ︸武川。 二户韶任的。卜 ﹃认铂︸铀︺三耘。丫︺分侧。‘︻尸。己。︺ 比 门 。 护 犯 ， 一 屯 ， 钢 样奥 氏 体晶 粒平均尺寸 和 微 细析 出 相 粒子 平均尺寸 与加 热温 度之 间的 关 系 图吕 厂 权 ， · 连 ·
温度提高缓慢长大，龙受(Ti,V)NC颗粒的缓慢长大所控制（见图3和4）。 3,2奥氏体晶粒平均尺寸与微细析出相质点平均尺寸的关系 图5表明：6*钢中的微细析出相粒子平均尺与奥氏体品粒平均尺小按同一趋势随加热 温度提高而增加。这表明二者之间应存在着较好的线性关系。对照图4可以看出，控制着6 钢在900℃以上奥氏体晶粒级慢长大的微细析出相粒子主要是(Ti,V)NC。 奥氏体晶粒平均尺寸随析出相粒子尺寸增加而线性地增大。因此，奥氏体晶粒平均直径 (R)与析出相粒子平均尺寸(")之间有如下线性关系： R=k'r (1) 通过计算求出k'=1666,7。即奥氏体晶粒平均直径是微细析出相平均尺寸的1666.7倍。 4结 论 (1)A1是高数中碳钢中最基本、敏有效的品粒细化剂，AIs一0.030任微量残余Ti和八 补充作用下，可以保证长时间加热时的粗化温度达到1000℃，短时间快速加热时的粗化温 度达到1100℃，但超过粗化温度后奥氏体品粒便发生急剧的异常长大。 (2)0.027%Nb几乎不影响奥氏体晶粒长大行为和粗化温度。 (3)0.065%V并不影响奥氏体品粒粗化温度，但使粗化温度以上的奥氏体晶粒长大减 慢，又出现一个奥氏体品粒缓慢长大温度区间。 (4)0.023%~0.052%Ti对高氨中碳钢奥氏体长大行为发生复杂的相互矛盾的影响，一 方面明显地降低奥氏体晶粒开始粗化的温度，另一方面又显著地减慢粗化温度以上的高温区 奥氏体品粒的长人速度，形成一个明显的晶粒缓慢长大温度区间，这可保正锻造和轧制加热 时获得较细小的轧前原始奥氏体晶粒。 (5)钛与钒以及与基本晶粒细化剂铝对高氨中碳钢奥氏体长大行为有极其复杂的综合影 啊，结果使粗化温度降低到850~900℃，在850~950℃之间出现一个晶粒急别长大区，随 后是奥氏体晶粒随加热温度提高而缓慢长大的区间，其中奥氏体晶粒尺寸与加热温度之间呈 现出线性关系，其实质是(Ti,V)NC粒子尺与加热温度呈现出线性关系，奥氏体晶粒长大 受(Ti,V)NC粒子长大所控制。 (6)对各钢中微细析出相粒子尺小分布及化学成分的定量分析，有利于对基本晶粒细化 剂铝和微合金化元素钛、钒和铌对的敛中碳钢奥氏体晶粒长大行为的彩啊机制的了解。 (7)本研究的结果有力地支持了微细析出相粒子对奥氏体品界钉扎而阻止：其长人的理 论。 参考文献 1高宁，李文卿，上铁文.北京科技大学学报，1989；(5)：26 2王轶文，李文卿，高宁。太钢科技，1988：()：8 。412
温度提 高缓慢长大 ， 是 受 ’ 八 ， 、 ， 颗粒 的缓 慢长大所控制 见 图 和 注 。 。 奥氏体 晶粒 平 均尺 寸 与微细 析 出相质点 平 均尺 寸 的关系 图 表 明 ’ 钢 中的微细析 出相 粒 子平 均尺 寸与奥 氏体 晶粒平 均尺 、 按 同一 趋 势随加 热 温度提 高而 增加 。 这 表 明二 者之 间应存 在 着较 好 的线性 关 系 。 对 照 图 可 以看 出 ， 控 制着 ’ 钢 在 ℃ 以上 奥 氏体 晶粒 缓 慢 长大的微 细析 出相 粒子 主要 是 ， 。 奥 氏体 晶粒 平均尺 寸随 析 出相粒子 尺 寸增加 而线性 地增 大 。 因此 ， 奥 氏体 晶粒平 均直径 与 析 出相 粒 子 平 均尺 寸〔 厂 之 间有如 下线 性 关 系 刀 介 尹 通 过计算 求 出寿 ‘ “ 。 即奥 氏体 晶粒平 均直径 是微细析 出相平 均尺 一 寸的 倍 。 结 论 是 高氮 ，卜碳钢 中址 基本 、 址 有效 的 品粒 细 化 剂 ， 弓 。 与 在微 量 残余 ‘ 和 、 补充作 用 下 ， 可以 保 证长时 间加 热 时的 粗化温 度达 到 ， 短时 间快 速 加 热 时 的 粗 化 温 度 达 到 。 ℃ ， 但 超 过 粗化温度 后奥 氏体 晶粒便 发 生 急剧 的 异常 长 大 。 几 乎不影 响奥 氏体 晶粒 长 大 行 为 和 粗化 温 度 。 并不 影 响奥 氏体 晶粒 粗化温 度 ， 但 使粗化温 度以 上 的奥 氏体 晶粒 长 大 减 慢 ， 又 出 现一 个奥 氏体 晶粒 缓 慢长大温 度区 间 。 一 对 高氮 中碳 钢奥 氏体 长大 行为发 生 复杂的 相互 矛盾的影响 ， 一 方 面明显 地 降低 奥 氏体 晶粒 开 始粗化 的温 度 ， 另一 方 面又显 著地减慢 粗化温 度 以上 的 高温 区 奥 氏体 晶粒 的 长 大 速度 ， 形 成一 个明显 的 晶粒缓 慢长大 温 度 区 间 ， 这 可保 证 锻造 和轧 制加 热 时获得 较 细小 的轧 前原 始奥 氏体 晶粒 。 钦与 钒以 及与 基本 晶粒 细 化剂 铝 对高 氛 「 ，碳钢 奥 氏体 民大 行为 有极共 复杂的 综合影 响 ， 结果 使粗化温 度降 低到 一 ℃ ， 在 一 ℃ 之 间出 现一 个 晶粒 急 剧 长 大 区 ， 随 后是奥 氏体 晶粒随加 热 温 度提 高而缓慢长 大的 区 八 ， 其 中奥 氏体 晶粒尺 寸 与加 热温 度之 间呈 现出线 性 关 系 ， 其 实质 是 ， 粒 子 尺 一 寸 ’歹加 热温 度呈 现 出线性 关 系 ， 奥 氏体 晶粒 长大 受 ， 粒 子长大 所控制 。 对 各 钢 中微 细析 出相粒 子 尺 寸分 布及 化 学 成分的 定 鼓 分析 ， 有利 于对 甚 本 品粒 细化 剂 铝 和微 合金 化 元 素钦 、 钒 和 锐 对 高氮 中碳钢 奥 氏体 品粒 长 大 行为的影 响 机 制的 了解 。 本研 究 的结果 有力地 支 持 了微 细 析 出相粒 子 对奥 氏体 品界钉扎 而 阻 卜其 一 长 大 的 理 论 。 户产 参 考 文 献 高宁 ， 一 李文卿 ， 王 轶文 ， 李文卿 ， 仁轶文 北京科技 大 学 学 报 ， 石泞 ， 太钢 科技 ， 一 ‘ 一 · ·
