1" />
D0I:10.13374/i.i8sn1001-t53.2010.04.006 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vol 32 No 4 2010年4月 Journal of Un iversity of Science and Techno logy Beijng Apr.2010 TiC在Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系 的测定 娄艳芝)李春志”柳得橹) 1)北京航空材料研究院,北京1000952)北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083 摘要为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为,应用透射电子显微术(TEM)研究了纳米尺度 T℃和T玉CS析出相的结构及取向关系,结果表明,实验钢中TCS的析出温度较TC的高,先析出的TiCS可作为TC的非 自发形核地点·实验观察到细小T℃粒子在T玉CS上生长的现象,电子衍射和X射线能谱(EDS)分析表明:TC和TCS之间 的取向关系为《001)re∥(111}c,〈100recs∥(01r在TEM下还观察到以李晶形式存在的TC李晶面为(1i)面.总 之,在钢中先行析出的T玉CS和TC粒子都可能成为新生成TC的非自发形核地点,孪生和外延生长是T汇沉淀的两种重要机 制. 关键词CSP工艺:微合金化:钛析出相;李生:外延生长;取向关系 分类号TG142.1 TEM observation of TiC precipitates nucleated on Ti2CS and detem ination of orien tation relationsh ips LOU Yan,LI Chun?,LIU De-h2) 1)Beijing Institte of AemonauticalMaterials Beijing 100095.China 2)School ofMaterials Science and Engineerng University of Science and Technolgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT In order to investigate and control the precipitation behavior of titanium cabide in Tisteels produced by thin slab cast ing and rolling (TSCR).the structure and orientation relationship of TC and TiCS were studied by transm ission electron m icroscopy (TEM).The results show that n the experinental steeks TiCS precipitates at relatively higher temperature than TC TiCS precipita- ted previously can act as heterogeneous nucleation sites for TC Many tiny TC particles grow from TiCS The results of electmon dif fraction and X-ray energy dispersive spectroscopy show that the orientation relationship between TC and TiCs is (001s (111(100recs(011)re There are also some titanium cabdle particles with winned stmucture in the steels and the t nning plane is (111).Therefore the previous precipitates either TiCS or TC can provide preferential sites for latter TC nucleation Both of the twinning and epitaxial grow th are mportantmechaniss for precipitation of titanium catbide in the TSCR steels KEY WORDS campact strip production (CSP):m icmoalloyng titanium precipitates twins epitaxial grow th orientation relation- ship 广钢集团珠江钢铁公司充分利用薄板坯连铸连 淀强化作用,此外,在这些钢板中还观察到纳米尺 轧CSP(canpact strip production)工艺的特点,采用 寸的其他析出相,如TiCs3.近期的研究工作表 钛微合金化技术成功地开发出屈服强度高达 明,含T和Mo的高强低合金钢的屈服强度可达 700MP的高强热轧钢板1-).研究表明:在奥氏体 780MPa微量合金元素使钢屈服强度提高的主要 区析出的T(CN)粒子可通过阻止晶粒长大而细 原因之一是纳米尺度析出相的沉淀强化,而沉淀强 化晶粒,而在较低温度析出的T℃则具有明显的沉 化作用的大小取决于析出相粒子的尺寸、体积分数 收稿日期:2009-05-22 作者简介:娄艳芝(1974仁),女,工程师,博士,Email yz@yahoo cn
第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32No.4 Apr.2010 TiC在 Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系 的测定 娄艳芝 1) 李春志 1) 柳得橹 2) 1) 北京航空材料研究院北京 100095 2) 北京科技大学材料科学与工程学院北京 100083 摘 要 为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为应用透射电子显微术 (TEM)研究了纳米尺度 TiC和 Ti2CS析出相的结构及取向关系.结果表明实验钢中 Ti2CS的析出温度较 TiC的高先析出的 Ti2CS可作为 TiC的非 自发形核地点.实验观察到细小 TiC粒子在 Ti2CS上生长的现象.电子衍射和 X射线能谱 (EDS)分析表明:TiC和 Ti2CS之间 的取向关系为{001}Ti2CS∥{111}TiC〈100〉Ti2CS∥〈011 - 〉TiC.在 TEM下还观察到以孪晶形式存在的 TiC孪晶面为 (1 - 11 - )面.总 之在钢中先行析出的 Ti2CS和 TiC粒子都可能成为新生成 TiC的非自发形核地点孪生和外延生长是 TiC沉淀的两种重要机 制. 关键词 CSP工艺;微合金化;钛析出相;孪生;外延生长;取向关系 分类号 TG142∙1 TEM observationofTiCprecipitatesnucleatedonTi2CSanddeterminationof orientationrelationships LOUYan-zhi 1)LIChun-zhi 1)LIUDe-lu 2) 1) BeijingInstituteofAeronauticalMaterialsBeijing100095China 2) SchoolofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijingBeijing100083China ABSTRACT InordertoinvestigateandcontroltheprecipitationbehavioroftitaniumcarbideinTi-steelsproducedbythinslabcast- ingandrolling(TSCR)thestructureandorientationrelationshipofTiCandTi2CSwerestudiedbytransmissionelectronmicroscopy (TEM).TheresultsshowthatintheexperimentalsteelsTi2CSprecipitatesatrelativelyhighertemperaturethanTiC.Ti2CSprecipita- tedpreviouslycanactasheterogeneousnucleationsitesforTiC.ManytinyTiCparticlesgrowfromTi2CS.Theresultsofelectrondif- fractionandX-rayenergydispersivespectroscopyshowthattheorientationrelationshipbetweenTiCandTi2CSis{001}Ti2CS∥ {111}TiC〈100〉Ti2CS∥〈011 - 〉TiC.Therearealsosometitaniumcarbideparticleswithtwinnedstructureinthesteelsandthetwinning planeis(1 - 11 - ).ThereforethepreviousprecipitateseitherTi2CSorTiCcanprovidepreferentialsitesforlatterTiCnucleation. BothofthetwinningandepitaxialgrowthareimportantmechanismsforprecipitationoftitaniumcarbideintheTSCRsteels. KEYWORDS compactstripproduction(CSP);microalloying;titaniumprecipitates;twins;epitaxialgrowth;orientationrelation- ship 收稿日期:2009--05--22 作者简介:娄艳芝 (1974- )女工程师博士E-mail:yzlou@yahoo.cn 广钢集团珠江钢铁公司充分利用薄板坯连铸连 轧 CSP(compactstripproduction)工艺的特点采用 钛 微 合 金 化 技 术 成 功 地 开 发 出 屈 服 强 度 高 达 700MPa的高强热轧钢板 [1--2].研究表明:在奥氏体 区析出的 Ti(CN)粒子可通过阻止晶粒长大而细 化晶粒而在较低温度析出的 TiC则具有明显的沉 淀强化作用.此外在这些钢板中还观察到纳米尺 寸的其他析出相如 Ti2CS [3--5].近期的研究工作表 明 [6]含 Ti和 Mo的高强低合金钢的屈服强度可达 780MPa.微量合金元素使钢屈服强度提高的主要 原因之一是纳米尺度析出相的沉淀强化而沉淀强 化作用的大小取决于析出相粒子的尺寸、体积分数 DOI :10.13374/j.issn1001-053x.2010.04.005
第4期 娄艳艺等:TC在TCS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 ,439. 以及粒子的分布,CSP工艺含钛耐候钢获得较大的 耐候钢,其主要成分为(质量分数,%):C0.05 沉淀强化效果主要来自钢中大量弥散分布的细小 0.07;Si≤0.6:Mn≤0.6S≤0.01:P<0.12 T℃粒子以及其他沉淀相. Cu≤0.3Ni≤0.2Ti0.060.14将实验用钢 钛的性质活泼,易与钢中的氧、硫和氨等杂质元 板去掉氧化皮,然后萃取出钢中的析出相,把萃取的 素结合形成化合物,它们通常在较高温度析出.一 析出相粉末分散到微栅上制备成TEM电镜试样. 般认为钢中先析出的第二相粒子可以成为其后析出 萃取所用电解液为10%乙酰丙酮十1%的四甲基氯 相的形核地点,因此当T℃随后在较低温度析出 化铵的甲醇溶液,电压4~10V,电流密度 时,钢中较高温的析出相都可能成为TC的形核位 15mA.am-2[9. 置,影响其形核率的关键因素不仅有钢中的有效钛 含量、钢的冷却速度及温度,还有先行析出的第二相 2实验结果与讨论 粒子的尺寸、分布与数量等. 2.1TC和TCS的析出热力学分析 由于CSP工艺生产过程中钢的凝固速度和冷 钢中TC和T玉CS在奥氏体区的固溶度积公式 却速度要比传统工艺条件的快得多,热加工参数也 为0-山, 有很大差别⑧),关于钛的碳化物、碳氨化物和碳硫 g([%T[%C].5[%s]-5),= 化物等在薄板坯连铸连轧条件下的析出行为仍然有 -17045m+7.9 (1) 待于进行相关深入研究 g([%Ti][%C])y=-7000个+2.75(2) 本文应用透射电子显微镜,通过电子衍射和X 针对实验钢中元素SC和T的含量范围,根据 射线能谱分析等方法研究了薄板坯连铸连轧含钛钢 溶度积公式计算出了钢中T重CS和TC在奥氏体区 中纳米尺度碳化钛的形核机制及其与碳硫化钛的取 的稳定性,如图1所示,由稳定性图可知,在实验钢 向关系,对深入了解与控制钛碳化物的析出从而控 中碳含量和钛含量范围(0.06%~0.14%)内,钢中 制钢的组织与性能具有重要意义 T飞CS在奥氏体区的析出温度均高于TC的析出温 1实验材料与方法 度,在铁素体区域T℃均满足热力学析出条件,因 此,实验钢在由高温到低温的生产过程中TCS将 实验用钢为珠江钢铁公司CSP线生产的含钛 在较高温度开始析出. 0.20n 0.20 a b 0.16 1320℃ 0.16 1250℃ 1300℃ 1150℃ 1280℃ -0.08 1050℃ 1260℃ 0.04 1)20 0.04 950 1150℃ 120 850 0.020.040.06 0.080.10 0.02 0.040.060.080.10 1CI 1%C 图1碳硫化钛和碳化钛在奥氏体区的稳定性图.(a)TeCS([%S]=0.O01):(b)TC Fig 1 Stability ofTiCS and TC n the austenite region (a)TiCS([%S]=0.001):(b)TC 2.2实验钢中的TiCS 是TiS和C能谱中的Fe和Cr来自旁边的小片晶 在实验钢中观察到线度在10m左右的细小析 体,而Cu来源于铜网.图2(c)、(d)是图2(a)的快 出粒子.图2(a)是一个小棒状析出粒子的高分辨 速傅里叶变换(FT)及其逆变换.对图2(c)的指数 电子显微像(HREM),粒子的宽约3m,长约10m, 标定结果表明,该小棒状析出物为六方晶系的 在它右下方还有一片晶体,析出粒子的X射线能谱 TCS图2(a)中竖直方向的晶面为TCS的(01 (EDS)如图2(b)所示,可见棒状颗粒的主要成分 2),面间距为0.249m
第 4期 娄艳芝等: TiC在 Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 以及粒子的分布CSP工艺含钛耐候钢获得较大的 沉淀强化效果主要来自钢中大量弥散分布的细小 TiC粒子以及其他沉淀相. 钛的性质活泼易与钢中的氧、硫和氮等杂质元 素结合形成化合物它们通常在较高温度析出.一 般认为钢中先析出的第二相粒子可以成为其后析出 相的形核地点 [7]因此当 TiC随后在较低温度析出 时钢中较高温的析出相都可能成为 TiC的形核位 置.影响其形核率的关键因素不仅有钢中的有效钛 含量、钢的冷却速度及温度还有先行析出的第二相 粒子的尺寸、分布与数量等. 由于 CSP工艺生产过程中钢的凝固速度和冷 却速度要比传统工艺条件的快得多热加工参数也 有很大差别 [8]关于钛的碳化物、碳氮化物和碳硫 化物等在薄板坯连铸连轧条件下的析出行为仍然有 待于进行相关深入研究. 本文应用透射电子显微镜通过电子衍射和 X 射线能谱分析等方法研究了薄板坯连铸连轧含钛钢 中纳米尺度碳化钛的形核机制及其与碳硫化钛的取 向关系对深入了解与控制钛碳化物的析出从而控 制钢的组织与性能具有重要意义. 1 实验材料与方法 实验用钢为珠江钢铁公司 CSP线生产的含钛 耐候钢其主要成分为 (质量分数% ):C0∙05~ 0∙07;Si≤0∙6;Mn≤0∙6;S≤0∙01;P<0∙12; Cu≤0∙3;Ni≤0∙2;Ti0∙06~0∙14.将实验用钢 板去掉氧化皮然后萃取出钢中的析出相把萃取的 析出相粉末分散到微栅上制备成 TEM电镜试样. 萃取所用电解液为 10%乙酰丙酮 +1%的四甲基氯 化铵 的 甲 醇 溶 液电 压 4~10V电 流 密 度 15mA·cm -2[9]. 2 实验结果与讨论 2∙1 TiC和 Ti2CS的析出热力学分析 钢中 TiC和 Ti2CS在奥氏体区的固溶度积公式 为 [10--11]: lg( [%Ti] [%C] 0∙5 [%S] 0∙5 )γ= -17045/T+7∙9 (1) lg( [%Ti] [%C] )γ=-7000/T+2∙75 (2) 针对实验钢中元素 S、C和 Ti的含量范围根据 溶度积公式计算出了钢中 Ti2CS和 TiC在奥氏体区 的稳定性如图 1所示.由稳定性图可知在实验钢 中碳含量和钛含量范围 (0∙06% ~0∙14% )内钢中 Ti2CS在奥氏体区的析出温度均高于 TiC的析出温 度在铁素体区域 TiC均满足热力学析出条件.因 此实验钢在由高温到低温的生产过程中 Ti2CS将 在较高温度开始析出. 图 1 碳硫化钛和碳化钛在奥氏体区的稳定性图.(a) Ti2CS( [%S] =0∙001);(b) TiC Fig.1 StabilityofTi2CSandTiCintheausteniteregion:(a) Ti2CS( [%S] =0∙001);(b) TiC 2∙2 实验钢中的 Ti2CS 在实验钢中观察到线度在 10nm左右的细小析 出粒子.图 2(a)是一个小棒状析出粒子的高分辨 电子显微像 (HREM)粒子的宽约3nm长约10nm 在它右下方还有一片晶体.析出粒子的 X射线能谱 (EDS)如图 2(b)所示.可见棒状颗粒的主要成分 是 Ti、S和 C能谱中的 Fe和 Cr来自旁边的小片晶 体而 Cu来源于铜网.图 2(c)、(d)是图 2(a)的快 速傅里叶变换 (FFT)及其逆变换.对图 2(c)的指数 标定结果表明该小棒状析出物为六方晶系的 Ti2CS.图 2(a)中竖直方向的晶面为 Ti2CS的 (01 2)面间距为 0∙249nm. ·439·
·440 北京科技大学学报 第32卷 (b) 能量keV 2 nm 121 图2实验钢中的TeCS粒子.(a)HREM像;(b)EDS能谱;(c)图(a的傅里叶变换及指数:(d)图(c的傅里叶逆变换 Fig 2 TeCS particle in the expermnental steel (a)HREM inage (b)EDS spectnm:(c)FFT of Fig (a)with indexes (d)inverse FFT of Fig (c) 2.3TC在TCS上形核生长 2.4TC与TCS的取向关系的测定 图3(a)所示的颗粒,大小在100m左右,由三 (1)图3(b)所示的取向关系,图3(b)显示 部分组成,如图3(a)中A、B和C所示,其中心部A TCS相和新相TC有如下关系: 为长条状,B和C以A为核心外延生长.图3(b)、 (013)rc∥(200)rc,[031]rcs∥[012]rr (c)和(d)是图3(a)所示颗粒在三个不同取向的选 区电子衍射(SAED)图,其中图3(d)与图3(a)明场 这是一个特定的取向关系,由此找出TCS和 像的入射电子束方向相同,应用X射线能谱对 T℃两相间具有普遍意义的晶体学取向关系,根据 图3(a)中的A、B和C三个区域分别进行成分分 文献[12]将上述关系代入公式,可计算出T℃与 析,结果如图3(e、(fD和(g)所示. TCS两析出相之间的变换矩阵: 对此颗粒的EDS谱和SAED图综合分析表明, 0 -0.525 1.494 颗粒心部A为六方晶系TCSa=0.321m,c= B -0.525 0 -1.494, 1.12m,两侧的B、C为面心立方TCa= 0.525 -0.525 -1.494 0.4327m图3(b)、(c)和(d)所示的SAED图的 -0.636 -1.271 0.638 入射电子束方向分别为[03i]rcs∥[012]rr方向、 B-I -1.271 -0.636 -0.636, [011]rcs∥[234]rx方向和[100]rcs∥[011]rx 0.223 -0.223 -0.223 方向 -0.636-1.271 0.223 钢中TC析出属于形核长大的固态相变.在 A=(B) -1.271 -0.636 -0.223 T℃析出过程中,需要驱动力,同时又遇到阻力,相 0.636 -0.636 -0.223 变驱动力是新旧相自由焓之差,而相变阻力主要由 由于 界面能和畸变能组成.TC在TCS上外延生长,可 以降低界面能,增加新相的形核率,生成更加弥散的 (3) 第二相,从而有效地改善钢的力学性能 1月-
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 实验钢中的 Ti2CS粒子.(a) HREM像;(b) EDS能谱;(c) 图 (a)的傅里叶变换及指数;(d) 图 (c)的傅里叶逆变换 Fig.2 Ti2CSparticleintheexperimentalsteel:(a) HREMimage;(b) EDSspectrum;(c) FFTofFig.(a) withindexes;(d) inverseFFTof Fig.(c) 2∙3 TiC在 Ti2CS上形核生长 图 3(a)所示的颗粒大小在 100nm左右由三 部分组成如图 3(a)中 A、B和 C所示其中心部 A 为长条状B和 C以 A为核心外延生长.图 3(b)、 (c)和 (d)是图 3(a)所示颗粒在三个不同取向的选 区电子衍射 (SAED)图其中图 3(d)与图 3(a)明场 像的入射电子束方向相同.应用 X射线能谱对 图 3(a)中的 A、B和 C三个区域分别进行成分分 析结果如图 3(e)、(f)和 (g)所示. 对此颗粒的 EDS谱和 SAED图综合分析表明 颗粒心部 A为六方晶系 Ti2CSa=0∙321nmc= 1∙12nm两 侧 的 B、C 为 面 心 立 方 TiCa= 0∙4327nm.图 3(b)、(c)和 (d)所示的 SAED图的 入射电子束方向分别为 [03 - 1 - ]Ti2CS∥ [012]TiC方向、 [011]Ti2CS∥ [234]TiC方向和 [100]Ti2CS∥ [011]TiC 方向. 钢中 TiC析出属于形核--长大的固态相变.在 TiC析出过程中需要驱动力同时又遇到阻力.相 变驱动力是新旧相自由焓之差而相变阻力主要由 界面能和畸变能组成.TiC在 Ti2CS上外延生长可 以降低界面能增加新相的形核率生成更加弥散的 第二相从而有效地改善钢的力学性能. 2∙4 TiC与 Ti2CS的取向关系的测定 (1) 图 3(b)所示的取向关系.图 3(b)显示 Ti2CS相和新相 TiC有如下关系: (013 - )Ti2CS∥ (2 - 00)TiC[03 - 1 - ]Ti2CS∥ [012]TiC. 这是一个特定的取向关系由此找出 Ti2CS和 TiC两相间具有普遍意义的晶体学取向关系.根据 文献 [12]将上述关系代入公式可计算出 TiC与 Ti2CS两析出相之间的变换矩阵: B= 0 -0∙525 1∙494 -0∙525 0 -1∙494 0∙525 -0∙525 -1∙494 B -1= -0∙636 -1∙271 0∙636 -1∙271 -0∙636 -0∙636 0∙223 -0∙223 -0∙223 A=(B -1 ) T= -0∙636 -1∙271 0∙223 -1∙271 -0∙636 -0∙223 0∙636 -0∙636 -0∙223 . 由于 u v wTiC =B u v wTi2CS h k lTiC =A h k lTi2CS (3) ·440·
第4期 娄艳艺等:TC在TCS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 ,441. 3. 042 TiC 2001C 20 nm 242TG 100T7S 000 O11 TCS ilinc 244TiC 402 TiC 4000le 3500 1600 4000Hg 3000 1400 3500 2500 Ti 1200 3000 2000 2500 1500 80 2000 0 1500 1000 400 Ti 1000 500 200 公 500 0 Fe 0 4 6 能量keV 能量keV 能量eV 图3TCs上生长的TC颗粒.(a)[100]rcs∥[011]rx方向的明场像:(b)[03]rcs∥[012]rr方向衍射图;(c)[o11]res∥ [234]rc方向衍射图;(d)[I00]rcs∥[0I1]r方向的衍射图;(c),(),(g)图(a)冲AB和C处的能谱 Fig3 TC preeipitated on TiCS (a)bright fiel inage of preeipitates taken frmn zone axes of [100]Tecs//[011]c:(b)diffraction pattem taken from [031]Tecs/[012]rc:(c)[01l]recs//[234]rc pattem:(d)[100]Tes//[011]rc patlem (e).().(g)EDS of the arcas A. B and C in Fig (a).mspectively 取TCS析出相的[100]方向和(001)晶面,代入上 (i00)rcs∥(242)re[011]rcs∥[234]rx 式可得: 根据此关系求得TCS与TC两析出相之间的坐标 .11. 变化矩阵B为: -0.003 -0.5191.519 B 0.522 0.0061.494 由此可知,TCS和TC两析出相之间具有普遍 L -0.527 0.5301.470 意义的晶体学取向关系应为: (001)Tecs∥(11i)r,[100]rcs∥[011]rx(4) -0.6361.271 -0.636 -1.26 0.646 0.646, (2)图3(c)所示的取向关系,在图3(c)中 0.227 0.223 TCS和TC两析出粒子之间有如下关系: 0.219
第 4期 娄艳芝等: TiC在 Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 图 3 Ti2CS上生长的 TiC颗粒.(a) [100]Ti2CS∥ [011]TiC方向的明场像;(b) [03 -1 - ]Ti2CS∥ [012]TiC方向衍射图; (c) [011]Ti2CS∥ [234]TiC方向衍射图;(d) [100]Ti2CS∥ [011]TiC方向的衍射图;(e)(f)(g) 图 (a)中 A、B和 C处的能谱 Fig.3 TiCprecipitatedonTi2CS:(a) brightfieldimageofprecipitatestakenfromzoneaxesof[100]Ti2CS∥ [011]TiC;(b) diffractionpattern takenfrom [03 -1 - ]Ti2CS∥ [012]TiC;(c) [011]Ti2CS∥ [234]TiCpattern;(d) [100]Ti2CS∥ [011]TiCpattern;(e)(f)(g) EDSoftheareasA BandCinFig.(a)respectively 取 Ti2CS析出相的 [100]方向和 (001)晶面代入上 式可得: B 1 0 0Ti2CS = 0 1 - 1TiC A 0 0 1Ti2CS = 1 1 - 1 - TiC . 由此可知Ti2CS和 TiC两析出相之间具有普遍 意义的晶体学取向关系应为: (001)Ti2CS∥ (11 - 1 - )TiC[100]Ti2CS∥ [01 - 1]TiC (4) (2) 图 3(c)所示的取向关系.在图 3(c)中 Ti2CS和 TiC两析出粒子之间有如下关系: (1 - 00)Ti2CS∥ (24 - 2)TiC[011]Ti2CS∥ [234]TiC. 根据此关系求得 Ti2CS与 TiC两析出相之间的坐标 变化矩阵 B为: B= -0∙003 -0∙519 1∙519 0∙522 0∙006 1∙494 -0∙527 0∙530 1∙470 B -1= -0∙636 1∙271 -0∙636 -1∙26 0∙646 0∙646 0∙227 0∙223 0∙219 ·441·
,442 北京科技大学学报 第32卷 -0.636 -1.26 0.227 体学取向关系的又一个变式,TCS和TC之间具 A=(B-)T 1.271 0.6460.223 有普遍意义的晶体学取向关系应有四个变式,关系 -0.636 0.6460.219 式(4)和(5)是另外两个变式· 取TCS的[100]方向和(001)晶面,代入式 综上所述,通过对图3(b以、(c)和(d)三幅衍射 (3)可得: 图的分析,确定了钢中TCS和TC两析出相之间 1 的取向关系的普遍表达式为{001}rcs∥{111}rx, 〈100r∥(01西x:这个取向关系恰好显示出六 方晶系的TCS和立方晶系的TC之间密排面平 行,密排方向也平行, 可知,由图3(c)确定的T量CS和TC之间具有 普遍意义的晶体学取向关系为: 2.5孪晶T℃ 图4(a)所示颗粒由A、B两部分组成,整个颗 (001)rcs∥(111)rc,[100]rcs∥[011]rx(5) 粒的SAED图如图4(b)所示,其EDS谱分别如 (3)图3(d)显示的取向关系,在图3(d)中 图4(c)、(d)所示.综合分析表明,该颗粒两部分均 T飞CS和TC两相之间有如下关系: 为TC但取向不同,图4(b)中两套衍射图分别为 (001)Tecs∥(i1i)Tc,[100]recs∥[011]rc(6) [011和?011晶带轴的衍射,有理由认为图4(a) 颗粒的A、B两部分为孪晶关系,将A视为基体,则 图3(d)的衍射图对称性比较好,表示电子束方 向与晶带轴方向重合得好,这幅衍射图表示的特定 B为李晶,李晶面为(111),两部分的取向是孪晶绕 的取向关系是TCS和TC之间具有普遍意义的晶 李生轴?111转动180° 0) 2500 2000 1200 d 1500 1000 500 200 能量及eV 能量ke 图4李晶T℃(a)TEM明场像;(b)图(a)中颗粒的选区电子衍射图:(c),(d)分别为图(a)中颗粒A和B处的EDS谱 Fig 4 TC wwins (a)TEM bright fiel image (b)SAED pattem of particle n Fig (a):(c).(d)EDS of particles A and B in Fig (a).respec tive ly 在立方晶系中,晶面指数的孪晶变换关系为: HK 2 10 H+K+L KH K (7) 00 H 其中(hk)是基体的晶面指数,(h'k'是孪晶的晶
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 A=(B -1 ) T= -0∙636 -1∙26 0∙227 1∙271 0∙646 0∙223 -0∙636 0∙646 0∙219 . 取 Ti2CS的 [100]方向和 (001)晶面代入式 (3)可得: B 1 0 0Ti2CS ≈ 0 1 1 - TiC A 0 0 1Ti2CS ≈ 1 1 1TiC . 可知由图 3(c)确定的 Ti2CS和 TiC之间具有 普遍意义的晶体学取向关系为: (001)Ti2CS∥ (111)TiC[100]Ti2CS∥ [011 - ]TiC (5) (3) 图 3(d)显示的取向关系.在图 3(d)中 Ti2CS和 TiC两相之间有如下关系: (001)Ti2CS∥ (1 - 11 - )TiC[100]Ti2CS∥ [011]TiC (6) 图 3(d)的衍射图对称性比较好表示电子束方 向与晶带轴方向重合得好.这幅衍射图表示的特定 的取向关系是 Ti2CS和 TiC之间具有普遍意义的晶 体学取向关系的又一个变式.Ti2CS和 TiC之间具 有普遍意义的晶体学取向关系应有四个变式关系 式 (4)和 (5)是另外两个变式. 综上所述通过对图 3(b)、(c)和 (d)三幅衍射 图的分析确定了钢中 Ti2CS和 TiC两析出相之间 的取向关系的普遍表达式为{001}Ti2CS∥{111}TiC 〈100〉Ti2CS∥〈011 - 〉TiC.这个取向关系恰好显示出六 方晶系的 Ti2CS和立方晶系的 TiC之间密排面平 行密排方向也平行. 2∙5 孪晶 TiC 图 4(a)所示颗粒由 A、B两部分组成整个颗 粒的 SAED图如图 4(b)所示其 EDS谱分别如 图 4(c)、(d)所示.综合分析表明该颗粒两部分均 为 TiC但取向不同.图 4(b)中两套衍射图分别为 [011]和?01 - 1 - 」晶带轴的衍射有理由认为图 4(a) 颗粒的 A、B两部分为孪晶关系将 A视为基体则 B为孪晶孪晶面为 (1 - 11 - )两部分的取向是孪晶绕 孪生轴?1 - 11 - 」转动 180°. 图 4 孪晶 TiC.(a) TEM明场像;(b) 图 (a)中颗粒的选区电子衍射图;(c)(d) 分别为图 (a)中颗粒 A和 B处的 EDS谱 Fig.4 TiCtwins:(a) TEMbrightfieldimage;(b) SAEDpatternofparticleinFig.(a);(c)(d) EDSofparticlesAandBinFig.(a)respec- tively 在立方晶系中晶面指数的孪晶变换关系为: h′ k′ l′ =- 1 0 0 0 1 0 0 0 1 h k l + 2 H 2+K 2+L 2 H 2 HK HL KH K 2 KL LH LK L 2 h k l (7) 其中 (hkl)是基体的晶面指数(h′k′l′)是孪晶的晶 ·442·
第4期 娄艳艺等:TC在TCS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 ,443. 面指数,(HKL)是李生面.将图4(a)孪晶面(11i) (毛新平,孙新军,康永林,等.EAF-CSP流程钛微合金化高强 钢板的组织和性能研究.钢铁,2005,40(9):66) 代入式(7)得: [2]Zhou J Kang Y L Mao X P.et al Study on m icrostnictures and pmoperties of 450~650 MPa (YS)grade high strength steels mi cmoalloyed with Tiby CSP pmcess Imon Steel 2006.41(Suppl): 343 (周建,康永林,毛新平,等。T微合金钢的成分及工艺对显微 组织和力学性能的影响.钢铁,200641(增刊):343) 可见,面心立方TC李晶面为(111)时,晶面指 [3]BaiM Z Liu D L Lou Y Z Precipitation behavior of Ti(C N) 数的孪晶变换矩阵是: n CSP low cadbon steel w ith small amount of Ti addition J Univ 1 2 SciTechnol Beijing 2005 27(6):679 (柏明卓,柳得橹,娄艳芝.CS低碳微T钢中Ti(CN)的析 [T]an,= 2 出行为,北京科技大学学报,200527(6):679) 22 [4]Liu D L Mao X B.NiX Q et al Cadonitride precipitations in kw catbon Tim icmalloyed steels prduced by CSP pmocess Imon 验证:在面心立方TC中,基体(111)经(111) Seel2006,41(Suppl1):238 李生后的衍射斑点(111)w位置为: [5]Lou Y Z Study on P recipitates of Tim icma lloyed Steels Produced by CSP Pmocess [D issertation ]Beijing University of science and h 2 Technology Beijing 2008 (娄艳芝,薄板坯连铸连轧钛微合金钢析出相的研究[学位论 文】北京:北京科技大学,2008) 22 [6]Chen C Y.Yen H W,Kao F H.et al Precipitation hanening of high'"strength kw alloy steels by nancmetersized carbies Mater Sei Eng A2009499.162 [7]Zhang W Z W eatherly G C On the crystalbgraphy of precipitati- on Pmg Mater Sci 2005,50(2):181 [8]Kang Y L Fu J Lu D L etal Struchuire and Properties Control 与图4(b)谱中标定结果一致, ling of Steels Pmduced by CSP Process Beijing Metallrgical In- 3结论 dustry Press 2006 221 (康永林,付杰,柳得橹,等.薄板坯连铸连轧钢的组织性能控 含钛耐候钢中,TCS的析出温度较TC高,高 制.北京:治金工业出版社,2006,221) 温析出的T玉CS为其后析出的TC提供了有利的非 [9]LiY L Chen M Z Ke J TEM study on precipitation and grow th ofTN in titanim m icmoalloyed steels with .1%C J Chin Eke 自发形核地点.在钢中TC以先析出的TCS为核 tron M icmse Soo 1990.9(3):200 心形核生长;两者之间的取向关系为{001}recs∥ (李永良,陈梦嫡,柯俊.TEM研究微钛0.1%C钢TN析出和 {111}rx,(100rcs∥(01irx:另有一部分TC在 长大.电子显微学报,19909(3):200) [10]Yang X H.Vanderschuseren D.Dilew ijns J et al Solbility prod- 先行析出的T℃上以李生方式生长,孪晶面为 ucts of titanim subhide and cabosulphde in ultra-low cabbon (111)面;李生和以TCS为核心形核生长是钢中 steels0ht199636(10):1286 碳化钛析出的重要方式,这两种方式均可以降低析 [11]Turkdogan E T.Causes and effects of nitrile and catbonitride 出相的界面能,导致形核率大大提高,从而有效地改 precipitation during contnuous casting Iron Stcemaker 1989 16(5):61 善钢的力学性能 [12]Li C Z A useful method for indexing electron diffraction pat 参考文献 tems Acta Phys Sin 1979 28(3):314 (李春志,电子衍射谱分析中的一种有效方法,物理学报 [1]Mao X P.Sun X J Kang Y L etal Micmostnucture and pmoper 1979,28(3):314) ties of titanim m icmoallyed high strength strip produced by EAF- CSP:Imn Stcel 2005.40(9):66
第 4期 娄艳芝等: TiC在 Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 面指数(HKL)是孪生面.将图 4(a)孪晶面 (1 - 11 - ) 代入式 (7)得: h′ k′ l′ = 1 3 1 - 2 - 2 2 - 1 - 2 - 2 2 - 1 - h k l . 可见面心立方 TiC孪晶面为 (1 - 11 - )时晶面指 数的孪晶变换矩阵是: [T] (1 -11 - ) = 1 3 1 - 2 - 2 2 - 1 - 2 - 2 2 - 1 - . 验证:在面心立方 TiC中基体 (111 - )经 (1 - 11 - ) 孪生后的衍射斑点 (111 - )twins位置为: h′ k′ l′ = 1 3 1 - 2 - 2 2 - 1 - 2 - 2 2 - 1 - 1 1 1 - = 1 3 5 - 1 - 1 = 2 - 0 0 + 1 3 1 1 - 1 与图 4(b)谱中标定结果一致. 3 结论 含钛耐候钢中Ti2CS的析出温度较 TiC高.高 温析出的 Ti2CS为其后析出的 TiC提供了有利的非 自发形核地点.在钢中 TiC以先析出的 Ti2CS为核 心形核生长;两者之间的取向关系为{001}Ti2CS∥ {111}TiC〈100〉Ti2CS∥〈011 - 〉TiC;另有一部分 TiC在 先行析出的 TiC上以孪生方式生长孪晶面为 (1 - 11 - )面;孪生和以 Ti2CS为核心形核生长是钢中 碳化钛析出的重要方式这两种方式均可以降低析 出相的界面能导致形核率大大提高从而有效地改 善钢的力学性能. 参 考 文 献 [1] MaoXPSunXJKangYLetal.Microstructureandproper- tiesoftitaniummicroalloyedhighstrengthstripproducedbyEAF- CSP.IronSteel200540(9):66 (毛新平孙新军康永林等.EAF--CSP流程钛微合金化高强 钢板的组织和性能研究.钢铁200540(9):66) [2] ZhouJKangYLMaoXPetal.Studyonmicrostructuresand propertiesof450~650MPa(YS) gradehighstrengthsteelsmi- croalloyedwithTibyCSPprocess.IronSteel200641(Suppl): 343 (周建康永林毛新平等.Ti微合金钢的成分及工艺对显微 组织和力学性能的影响.钢铁200641(增刊 ):343) [3] BaiMZLiuDLLouYZ.PrecipitationbehaviorofTi(CN) inCSPlowcarbonsteelwithsmallamountofTiaddition.JUniv SciTechnolBeijing200527(6):679 (柏明卓柳得橹娄艳芝.CSP低碳微 Ti钢中 Ti(CN)的析 出行为.北京科技大学学报200527(6):679) [4] LiuDLMaoXPNiXQetal.Carbonitrideprecipitationsin lowcarbonTi-microalloyedsteelsproducedbyCSPprocess.Iron Steel200641(Suppl1):238 [5] LouYZ.StudyonPrecipitatesofTi-microalloyedSteelsProduced byCSPProcess[Dissertation].Beijing:Universityofscienceand TechnologyBeijing2008 (娄艳芝.薄板坯连铸连轧钛微合金钢析出相的研究 [学位论 文 ].北京:北京科技大学2008) [6] ChenCYYenHWKaoFHetal.Precipitationhardeningof high-strengthlow-alloysteelsbynanometer-sizedcarbides.Mater SciEngA2009499:162 [7] ZhangW ZWeatherlyGC.Onthecrystallographyofprecipitati- on.ProgMaterSci200550(2):181 [8] KangYLFuJLiuDLetal.StructureandPropertiesControl- lingofSteelsProducedbyCSPProcess.Beijing:MetallurgicalIn- dustryPress2006:221 (康永林付杰柳得橹等.薄板坯连铸连轧钢的组织性能控 制.北京:冶金工业出版社2006:221) [9] LiYLChenMZKeJ.TEMstudyonprecipitationandgrowth ofTiNintitaniummicroalloyedsteelswith0∙1%C.JChinElec- tronMicroscSoc19909(3):200 (李永良陈梦嫡柯俊.TEM研究微钛 0∙1%C钢 TiN析出和 长大.电子显微学报19909(3):200) [10] YangXHVanderschuserenDDilewijnsJetal.Solubilityprod- uctsoftitanium sulphideandcarbosulphideinultra-lowcarbon steels.ISIJInt199636(10):1286 [11] TurkdoganET.Causesandeffectsofnitrideandcarbonitride precipitationduringcontinuouscasting.IronSteelmaker1989 16(5):61. [12] LiCZ.Ausefulmethodforindexingelectrondiffractionpat- terns.ActaPhysSin197928(3):314 (李春志.电子衍射谱分析中的一种有效方法.物理学报 197928(3):314) ·443·