回火温度对Q960钢析出物组织特征的影响

D0:10.13374h.issn1001-053x2011.06.013 第33卷第6期 北京科技大学学报 Vol.33 No.6 2011年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2011 回火温度对Q960钢析出物组织特征的影响 于 浩)✉张道达2》 肖荣亭)周平》李灿明》 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)通裕重工股份有限公司，德州251200 3)莱芜钢铁集团有限公司，菜芜271104 ☒通信作者，E-mail:yhzhmr(@126.com 摘要利用透射电镜、能谱仪(EDX)及多功能内耗仪系统地研究了在相同成分、轧制工艺、淬火工艺和不同回火温度条件 下Q960钢组织中析出物的形态、分布和组成，给出了回火温度对析出物组织特征的影响规律.结果显示：回火温度低于 400℃时，马氏体内固溶碳量下降趋势较剧烈：回火温度高于400℃时，马氏体内固溶碳量下降非常缓慢.此外，大量细小且平 行析出的0一碳化物溶解并最终被沿马氏体板条界析出的C的碳化物代替.随着回火温度的升高，Nb、V和T的复合碳氮化 物长大，形状也由方形向椭圆形演变. 关键词高强钢：回火：析出物：组织特征：内耗：马氏体：碳化物 分类号TG156.1 Effect of tempering temperature on the structural properties of precipitates in Q960 steel YU Hao》☒，ZHANG Dao-da2》,XlA0 Rong-ting”,ZHOU Ping,I Can-ming》 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Tongyu Heavy Industry Co.Ltd.,Dezhou 251200,China 3)Laiwu Steel Corporation,Laiwu 271104,China Corresponding author,E-mail:yhzhmr@126.com ABSTRACT The morphology,distribution and components of precipitates in Q960 steel under the conditions of the same composi- tion,rolling technology and quenching process but different tempering temperatures were systematically investigated by using transmis- sion electron microscopy (TEM),energy dispersive X-ray spectrometry (EDX)and a multi-function internal friction device.A law was proposed for describing the effect of tempering temperature on the structure characteristics of the precipitates.It was shown that the decrease of carbon solution content in martensite was greater when the tempering temperature was less than 400C,but it was very slow when the tempering temperature was higher than 400C.In addition,a large number of small parallel 0-carbides dissolved and were fi- nally replaced by Cr carbides which precipitated along martensite lath boundaries.With the tempering temperature increasing,Nb,V and Ti composite carbon and nitrogen compounds grew up and their shape evolved from a square to an oval. KEY WORDS high strength steel:tempering:precipitates:structural properties;internal friction:martensite:carbides 淬火态马氏体在回火过程中将发生微观组织的 合碳化合物的出现.在V一Nb微合金钢中，晶体结 演变和碳化物类型的转变.在简单成分的Fe0.6C一 构相同的VC和NbC的稳定性高于Fe,C,随回火温 Si-Mn钢中，Si和Mn在渗碳体中的动态分配抑制 度的升高，弥散细小的(V,Nb)C复合碳化物逐渐取 渗碳体长大，有效阻碍回火软化趋势，进而提高强 代了先析出的渗碳体.一般认为，这种合金碳化物 度0.然而，在Q960等高性能的合金钢中，Si和Mn 的形核有两种机理，即渗碳原位析出和位错处单独 的存在以及Mo、Nb、Ti和Cu等合金元素的添加，使 长大B-.本文利用透射电镜(TEM)、能谱仪 回火过程中碳化物的析出变得复杂回.稳定性的不 (EDX)及多功能内耗仪系统地研究了在相同成分、 同导致碳化物类型的演变，晶体结构的相近造成复 轧制工艺、淬火工艺和不同回火温度条件下Q960 收稿日期：201008-17

第 33 卷 第 6 期 2011 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 6 Jun． 2011 回火温度对 Q960 钢析出物组织特征的影响 于 浩1) 张道达2) 肖荣亭1) 周 平3) 李灿明3) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 通裕重工股份有限公司，德州 251200 3) 莱芜钢铁集团有限公司，莱芜 271104 通信作者，E-mail: yhzhmr@ 126． com 摘 要 利用透射电镜、能谱仪( EDX) 及多功能内耗仪系统地研究了在相同成分、轧制工艺、淬火工艺和不同回火温度条件 下 Q960 钢组织中析出物的形态、分布和组成，给出了回火温度对析出物组织特征的影响规律． 结果显示: 回火温度低于 400 ℃时，马氏体内固溶碳量下降趋势较剧烈; 回火温度高于 400 ℃时，马氏体内固溶碳量下降非常缓慢． 此外，大量细小且平 行析出的 θ--碳化物溶解并最终被沿马氏体板条界析出的 Cr 的碳化物代替． 随着回火温度的升高，Nb、V 和 Ti 的复合碳氮化 物长大，形状也由方形向椭圆形演变． 关键词 高强钢; 回火; 析出物; 组织特征; 内耗; 马氏体; 碳化物 分类号 TG156. 1 Effect of tempering temperature on the structural properties of precipitates in Q960 steel YU Hao 1) ，ZHANG Dao-da2) ，XIAO Rong-ting1) ，ZHOU Ping3) ，LI Can-ming3) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Tongyu Heavy Industry Co． Ltd． ，Dezhou 251200，China 3) Laiwu Steel Corporation，Laiwu 271104，China Corresponding author，E-mail: yhzhmr@ 126． com ABSTRACT The morphology，distribution and components of precipitates in Q960 steel under the conditions of the same composi￾tion，rolling technology and quenching process but different tempering temperatures were systematically investigated by using transmis￾sion electron microscopy ( TEM) ，energy dispersive X-ray spectrometry ( EDX) and a multi-function internal friction device． A law was proposed for describing the effect of tempering temperature on the structure characteristics of the precipitates． It was shown that the decrease of carbon solution content in martensite was greater when the tempering temperature was less than 400 ℃，but it was very slow when the tempering temperature was higher than 400 ℃ ． In addition，a large number of small parallel θ-carbides dissolved and were fi￾nally replaced by Cr carbides which precipitated along martensite lath boundaries． With the tempering temperature increasing，Nb，V and Ti composite carbon and nitrogen compounds grew up and their shape evolved from a square to an oval． KEY WORDS high strength steel; tempering; precipitates; structural properties; internal friction; martensite; carbides 收稿日期: 2010--08--17 淬火态马氏体在回火过程中将发生微观组织的 演变和碳化物类型的转变． 在简单成分的Fe--0. 6C-- Si--Mn 钢中，Si 和 Mn 在渗碳体中的动态分配抑制 渗碳体长大，有效阻碍回火软化趋势，进而提高强 度［1］． 然而，在 Q960 等高性能的合金钢中，Si 和 Mn 的存在以及 Mo、Nb、Ti 和 Cu 等合金元素的添加，使 回火过程中碳化物的析出变得复杂［2］． 稳定性的不 同导致碳化物类型的演变，晶体结构的相近造成复 合碳化合物的出现． 在 V--Nb 微合金钢中，晶体结 构相同的 VC 和 NbC 的稳定性高于 Fe3C，随回火温 度的升高，弥散细小的( V，Nb) C 复合碳化物逐渐取 代了先析出的渗碳体． 一般认为，这种合金碳化物 的形核有两种机理，即渗碳原位析出和位错处单独 长大［3--4］． 本 文 利 用 透 射 电 镜 ( TEM) 、能 谱 仪 ( EDX) 及多功能内耗仪系统地研究了在相同成分、 轧制工艺、淬火工艺和不同回火温度条件下 Q960 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.013

·716 北京科技大学学报 第33卷 钢组织中析出物的形态、分布和组成，给出了回火温 号为1、2、3和4.四块实验钢板均在920℃下保温 度对析出物组织特征的影响规律 40min,然后水淬.淬火后，试样1不回火，试样2、3 和4分别在200、400和600℃下回火并均保温 1实验材料和方法 50 min. 实验材料为Q960工程机械用焊接高强钢，其 在四块试样上均切取透射试样和内耗试样，然 化学成分如表1所示. 后再在JED-2300T型场发射透射电镜上对析出物 本钢种是在实验室进行治炼、锻造和热轧 进行观察，并委托中国科学院固体物理研究所利用 (TMCP热轧工艺)的.在热轧板上切取规格为 多功能内耗仪，在自由衰减模式下，绘制出了Q960 12mm×60mm×180mm的四块实验用钢板，分别编 钢不同回火温度下的内耗一温度曲线 表1Q960钢的主要化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Q960 steel % C Mn Cu B Nb Ti Al Cr,Ni,Mo 0.12~0.140.3~0.4 1.45-1.60.35-0.410.0012-0.00150.02-0.030.0015-0.00250.02~0.04 1.1 注：CE=C+(Mn+Si)/6+(Cu+Ni)/15+(Mo+V)/5=0.58% 2 实验结果分析与讨论 63.5×10-6,经200、400和600℃回火后，其w:值分 别为52.5×10-6、18.5×10-6和17.5×10-6.由此 2.1斯诺克峰研究 可知：经过200℃回火后固溶在马氏体中的C和少 由图1可以看出，淬火态的斯托克峰值Q= 量的N原子部分析出，但是析出的量较少.经过 3.75×10-3(图1(a)),而经过200、400和600℃回 400和600℃回火后，固溶在马氏体中的C和少量 火后，其斯托克峰值分别为3.18×10-3（图1(b)、 的N原子大量析出，并且经400℃回火后的w:值和 1.12×10-3(图1(c))和1.06×10-3（图1(d)).斯 经600℃回火后的ω：值几乎是一样的（分别为 托克峰值可用下面的经验公式表示： 18.5×10-6和17.5×10-6).也就是说，在400℃回 0=K (1) 火时，能够析出的C和N原子就几乎己经析出完 式中：Q为斯托克峰的峰值最高点；ω：为可动间隙 全了 原子分数：K为比例系数，其数值为60.6.根据经 2.2透射电镜研究 验公式(1)可得淬火态的可动间隙原子分数：= 由图2可以看出，1号试样（淬火态）中存在 4.0 3.5 (a) (b) 35 3.0 3.0 2.5 2.0 墨 1.0 1.0 0.5 0.5 50100 150200250 300 0 50 100150200 250 温度 温度℃ 1.2m 1.1 (c) d 1.0 1.0 0.9 0.8 0.8 墨o6 0.7 0.4f 0.5 0 50100150200250300 020 50 100150200250300 温度℃ 温度 图1Q960钢不同回火温度试样的斯托克峰.(a)1号试样：(b)2号试样：(c)3号试样：()4号试样 Fig.1 Snoek peaks in Q960 steel specimens at different tempering temperatures:(a)sample No.1;(b)sample No.2:(c)sample No 3:(d)sample No.4

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 钢组织中析出物的形态、分布和组成，给出了回火温 度对析出物组织特征的影响规律． 1 实验材料和方法 实验材料为 Q960 工程机械用焊接高强钢，其 化学成分如表 1 所示． 本钢种 是 在 实 验 室 进 行 冶 炼、锻 造 和 热 轧 ( TMCP热 轧 工 艺) 的． 在热轧板上切取规格为 12 mm × 60 mm × 180 mm 的四块实验用钢板，分别编 号为 1、2、3 和 4． 四块实验钢板均在 920 ℃ 下保温 40 min，然后水淬． 淬火后，试样 1 不回火，试样 2、3 和 4 分 别 在 200、400 和 600 ℃ 下回火并均保温 50 min． 在四块试样上均切取透射试样和内耗试样，然 后再在 JED--2300T 型场发射透射电镜上对析出物 进行观察，并委托中国科学院固体物理研究所利用 多功能内耗仪，在自由衰减模式下，绘制出了 Q960 钢不同回火温度下的内耗--温度曲线． 表 1 Q960 钢的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of Q960 steel % C Si Mn Cu B Nb Ti Al Cr，Ni，Mo 0. 12 ～ 0. 14 0. 3 ～ 0. 4 1. 45 ～ 1. 6 0. 35 ～ 0. 41 0. 001 2 ～ 0. 001 5 0. 02 ～ 0. 03 0. 001 5 ～ 0. 002 5 0. 02 ～ 0. 04 1. 1 注: CE = C + ( Mn + Si) /6 + ( Cu + Ni) /15 + ( Mo + V) /5 = 0. 58% ． 2 实验结果分析与讨论 图 1 Q960 钢不同回火温度试样的斯托克峰． ( a) 1 号试样; ( b) 2 号试样; ( c) 3 号试样; ( d) 4 号试样 Fig． 1 Snoek peaks in Q960 steel specimens at different tempering temperatures: ( a) sample No． 1; ( b) sample No． 2; ( c) sample No． 3; ( d) sample No． 4 2. 1 斯诺克峰研究 由图 1 可以看出，淬火态的斯托克峰值 Q － 1 max = 3. 75 × 10 － 3 ( 图 1( a) ) ，而经过 200、400 和 600 ℃ 回 火后，其斯托克峰值分别为 3. 18 × 10 － 3 ( 图 1( b) ) 、 1. 12 × 10 － 3 ( 图 1( c) ) 和 1. 06 × 10 － 3 ( 图 1( d) ) ． 斯 托克峰值可用下面的经验公式［5］表示: Q － 1 max = K* ωi ( 1) 式中: Q － 1 max为斯托克峰的峰值最高点; ωi为可动间隙 原子分数; K* 为比例系数，其数值为 60. 6． 根据经 验公式( 1) 可得淬火态的可动间隙原子分数 ωi = 63. 5 × 10 － 6 ，经 200、400 和 600 ℃回火后，其 ωi值分 别为 52. 5 × 10 － 6 、18. 5 × 10 － 6 和 17. 5 × 10 － 6 ． 由此 可知: 经过 200 ℃回火后固溶在马氏体中的 C 和少 量的 N 原子部分析出，但是析出的量较少． 经过 400 和 600 ℃回火后，固溶在马氏体中的 C 和少量 的 N 原子大量析出，并且经 400 ℃ 回火后的 ωi值和 经 600 ℃ 回 火 后 的 ωi 值几乎是一样的 ( 分 别 为 18. 5 × 10 － 6 和 17. 5 × 10 － 6 ) ． 也就是说，在 400 ℃回 火时，能够析出的 C 和 N 原子就几乎已经析出完 全了． 2. 2 透射电镜研究 由图 2 可以看出，1 号试样( 淬火态) 中存在 ·716·

第6期 于浩等：回火温度对Q960钢析出物组织特征的影响 ·717· Nb、V和Ti的复合碳化合物（图2(a)和(b)),此碳 出的微细碳化铌中的碳原子将发生有序的缺位，而 化物以Ti的碳化物为主，形状呈规则的长方形 由其有序化规律可推知其化学组成式应为 (图2(a)中圆圈)，析出物的长边长约100nm,短边 NbC。m,因.经200℃回火后的2号试样相对于淬 长约70nm.在1号试样中同时也发现了Nb、V和 火态的1号试样来说，其析出物的数量和尺寸均没 Ti的复合氮化合物（图2(c)和(d)),此氮化物也是 有明显的变化（图3(a)中箭头），这与1和2号试样 以T的氮化物为主，形状呈不规则的正方形 的ω，值差别不大的结果相吻合，但在图3(b)中发 (图2(c)中圆圈)，边长约100nm.在图2(c)的复 现了球状析出物而在图2中没有发现，这有可能是 合氮化物中存在Nb的氮化物，在铁素体中沉淀析 因为所测1号试样的面积较小. 600b) 500- 400 300- 20g 100 N h 5 10 15 20 能量人eV (d) 500- 400 300 200- 100 10 公 20 能量keV 图2试样1中析出物形貌及能谱图.(a)长方形析出物TEM照片：(b)长方形析出物能谱：(c)不规则形状析出物TEM照片：()不规 则形状析出物能谱 Fig.2 TEM images and energy spectra of precipitates in sample No.1:(a)TEM image of rectangle precipitates:(b)energy spectrum of rectangle precipitates:(c)TEM image of iregular precipitates:(d)energy spectrum of irregular precipitates 由图4可以看出，经过400℃回火后，Nb、V和 后，试样中Nb、V和Ti的复合碳氮化合物的形状和 Ti的复合氯化物和复合碳化物均长大了，Nb、V和 尺寸均没有发生明显的变化，形状仍然呈规则的长 Ti的复合氮化物的尺寸大约为320nm,形状变得更 方形或正方形，长方形析出物（如图5(a)所示）的 加不规则，如图4(a)所示.Nb、V和Ti的复合碳化 长边长约100nm,短边长约70nm,正方形析出物 合物形状仍然是长方形，其短边尺寸为420nm左 (如图5(b)所示)的边长约100nm.此外，经过 右，长边尺寸为450nm左右，如图4(b)中的白色区 600℃回火后，试样中还大量存在另一种析出物（如 域所示.此外经400℃回火后，在试样中发现大量 图5(c)所示)，其形状呈蚕豆状并沿着板条界呈链 的在板条内部析出并与板条方向平行的0一碳化物， 状析出，此析出物的直径为20~45nm,长度为50~ 其形状呈梭子状，直径为15~30m,长度为70~ 120nm.在暗场像下，可明显看出析出物多重性（如 200nm,如图4(b)、(c)和(d)中箭头所指. 图5(d)所示)，经过衍射斑和能谱分析（如图5(e) 由图5可以看出，与淬火态相比，经600℃回火 和()所示)，此析出物为复合碳化物

第 6 期 于 浩等: 回火温度对 Q960 钢析出物组织特征的影响 Nb、V 和 Ti 的复合碳化合物( 图 2( a) 和( b) ) ，此碳 化物 以 Ti 的 碳 化 物 为 主，形状呈规则的长方形 ( 图 2( a) 中圆圈) ，析出物的长边长约 100 nm，短边 长约 70 nm． 在 1 号试样中同时也发现了 Nb、V 和 Ti 的复合氮化合物( 图 2( c) 和( d) ) ，此氮化物也是 以 Ti 的 氮 化 物 为 主，形状呈不规则的正方形 ( 图 2( c) 中圆圈) ，边长约 100 nm． 在图 2( c) 的复 合氮化物中存在 Nb 的氮化物，在铁素体中沉淀析 出的微细碳化铌中的碳原子将发生有序的缺位，而 由其 有 序 化 规 律 可 推 知 其化学组成式应为 NbC0. 187 5 ［6］． 经 200 ℃ 回火后的 2 号试样相对于淬 火态的 1 号试样来说，其析出物的数量和尺寸均没 有明显的变化( 图 3( a) 中箭头) ，这与 1 和 2 号试样 的 ωi值差别不大的结果相吻合，但在图 3( b) 中发 现了球状析出物而在图 2 中没有发现，这有可能是 因为所测 1 号试样的面积较小． 图 2 试样 1 中析出物形貌及能谱图． ( a) 长方形析出物 TEM 照片; ( b) 长方形析出物能谱; ( c) 不规则形状析出物 TEM 照片; ( d) 不规 则形状析出物能谱 Fig． 2 TEM images and energy spectra of precipitates in sample No． 1: ( a) TEM image of rectangle precipitates; ( b) energy spectrum of rectangle precipitates; ( c) TEM image of irregular precipitates; ( d) energy spectrum of irregular precipitates 由图 4 可以看出，经过 400 ℃ 回火后，Nb、V 和 Ti 的复合氮化物和复合碳化物均长大了，Nb、V 和 Ti 的复合氮化物的尺寸大约为 320 nm，形状变得更 加不规则，如图 4( a) 所示． Nb、V 和 Ti 的复合碳化 合物形状仍然是长方形，其短边尺寸为 420 nm 左 右，长边尺寸为 450 nm 左右，如图 4( b) 中的白色区 域所示． 此外经 400 ℃ 回火后，在试样中发现大量 的在板条内部析出并与板条方向平行的 θ--碳化物， 其形状呈梭子状，直径为 15 ～ 30 nm，长度为70 ～ 200 nm，如图 4( b) 、( c) 和( d) 中箭头所指． 由图 5 可以看出，与淬火态相比，经 600 ℃ 回火 后，试样中 Nb、V 和 Ti 的复合碳氮化合物的形状和 尺寸均没有发生明显的变化，形状仍然呈规则的长 方形或正方形，长方形析出物( 如图 5( a) 所示) 的 长边长约 100 nm，短边长约 70 nm，正方形析出物 ( 如图 5 ( b) 所 示) 的 边 长 约 100 nm． 此 外，经 过 600 ℃回火后，试样中还大量存在另一种析出物( 如 图 5( c) 所示) ，其形状呈蚕豆状并沿着板条界呈链 状析出，此析出物的直径为 20 ～ 45 nm，长度为 50 ～ 120 nm． 在暗场像下，可明显看出析出物多重性( 如 图 5( d) 所示) ，经过衍射斑和能谱分析( 如图 5( e) 和( f) 所示) ，此析出物为复合碳化物． ·717·

·718· 北京科技大学学报 第33卷 图3试样2中析出物的TEM照片.()长方形析出物：(b)椭球形析出物 Fig.3 TEM images of precipitates in sample No.2:(a)rectangle precipitates:(b)ellipsoidal precipitates 图4试样3中析出物的TEM照片 Fig.4 TEM images of precipitates in sample No.3 2.3不同回火温度下的析出物、固溶原子的量和位 发现沿板条界析出且尺寸相对较大呈蚕豆状的碳化 错分析 物.也就是说，3号试样和4号试样中的析出物总的 对斯诺克峰研究可知，经400℃和600℃回火 碳含量是基本相同的，只是3号试样中析出物的数 后，基体中的固溶原子的量几乎没有变化.经透射 量占优势，4号试样中析出物的尺寸占优势. 电镜研究发现，3号试样(400℃回火)和4号试样 MC型沉淀相中，TN颗粒为方形，(Ti,V1-) (600℃回火)中均发现尺寸较大但数量较少的Nb、 (C,N-,)复合颗粒呈长椭圆形或圆角方形，部分该 V和T的复合碳氮化合物.此外在3号试样中还发 类颗粒中存在明显的成分分层现象，即颗粒内核富 现了大量平行的呈梭子状的碳化物：在4号试样中 Ti而外层富V.通常TiN或复合(TiV1-x)(C,N-)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 3 试样 2 中析出物的 TEM 照片． ( a) 长方形析出物; ( b) 椭球形析出物 Fig． 3 TEM images of precipitates in sample No． 2: ( a) rectangle precipitates; ( b) ellipsoidal precipitates 图 4 试样 3 中析出物的 TEM 照片 Fig． 4 TEM images of precipitates in sample No． 3 2. 3 不同回火温度下的析出物、固溶原子的量和位 错分析 对斯诺克峰研究可知，经 400 ℃ 和 600 ℃ 回火 后，基体中的固溶原子的量几乎没有变化． 经透射 电镜研究发现，3 号试样( 400 ℃ 回火) 和 4 号试样 ( 600 ℃回火) 中均发现尺寸较大但数量较少的 Nb、 V 和 Ti 的复合碳氮化合物． 此外在 3 号试样中还发 现了大量平行的呈梭子状的碳化物; 在 4 号试样中 发现沿板条界析出且尺寸相对较大呈蚕豆状的碳化 物． 也就是说，3 号试样和 4 号试样中的析出物总的 碳含量是基本相同的，只是 3 号试样中析出物的数 量占优势，4 号试样中析出物的尺寸占优势． MC 型沉淀相中，TiN 颗粒为方形，( Ti xV1 － x ) ( CyN1 － y ) 复合颗粒呈长椭圆形或圆角方形，部分该 类颗粒中存在明显的成分分层现象，即颗粒内核富 Ti 而外层富 V． 通常 TiN 或复合( TixV1 － x ) ( CyN1 － y ) ·718·

第6期 于浩等：回火温度对Q960钢析出物组织特征的影响 ·719· 1000-f) 800 6005 400 200 10 1520 伯量eY 图5试样4中析出物的TEM照片.(a)长方形析出物：(b)正方形析出物：(c)蚕豆状析出物（明场像）：(d)蚕豆状析出物（暗场像）： (。)蚕豆状析出物衍射斑：（价蚕豆状析出物能谱 Fig.5 TEM images of precipitates in sample No.4:(a)rectangle precipitates:(b)square precipitates:(e)fabaceous precipitates (bright field im- age):(d)fabaceous precipitates (dark field image):(e)diffraction spots of fabaceous precipitates:(f)energy spectrum of fabaceous precipitates 颗粒的尺寸较大，一般大于50nm.Nb(C,N)和长大，主要与二者的结构相近有关，Nb(C,N)与TiN T(C,N)在室温下的晶格常数比较接近，且因钢中 均为面心立方结构，在热力学及动力学条件均有利 存在的Nb(C,N)和Ti(C,N)粒子在整个固态范围 的条件下，通过扩散Nb(C,N)在TN表面以共格的 内均可以完全互溶可.这与淬火态、200℃回火、 方式形核回.回火温度为600℃左右时，Nb(C,N) 400℃回火和600℃回火均发现Nb、Ti和V的复合 的固溶积较小，所以Nb(C,N)相在回火过程中迅速 碳氮化合物相吻合.此外，碳氮化铌的组成与N含 长大. 量有关，随着温度的变化，碳氮化铌的组成也不同， 经400℃回火后，试样中出现了大量的平行的 即随着测试温度的降低，碳氮化铌中NbN的含量增 梭子状的碳化物.这种碳化物为较稳定的日一碳化 加圆.回火过程中Nb(C,N)依附于TN相形核并 物，它是由X一碳化物转变而来.0一碳化物通常是沿

第 6 期 于 浩等: 回火温度对 Q960 钢析出物组织特征的影响 图 5 试样 4 中析出物的 TEM 照片． ( a) 长方形析出物; ( b) 正方形析出物; ( c) 蚕豆状析出物( 明场像) ; ( d) 蚕豆状析出物( 暗场像) ; ( e) 蚕豆状析出物衍射斑; ( f) 蚕豆状析出物能谱 Fig． 5 TEM images of precipitates in sample No. 4: ( a) rectangle precipitates; ( b) square precipitates; ( c) fabaceous precipitates ( bright field im￾age) ; ( d) fabaceous precipitates ( dark field image) ; ( e) diffraction spots of fabaceous precipitates; ( f) energy spectrum of fabaceous precipitates 颗粒的尺寸较大，一般大于 50 nm． Nb ( C，N) 和 Ti( C，N) 在室温下的晶格常数比较接近，且因钢中 存在的 Nb( C，N) 和 Ti( C，N) 粒子在整个固态范围 内均可以完全互溶［7］． 这与淬火态、200 ℃ 回火、 400 ℃回火和 600 ℃回火均发现 Nb、Ti 和 V 的复合 碳氮化合物相吻合． 此外，碳氮化铌的组成与 N 含 量有关，随着温度的变化 ，碳氮化铌的组成也不同， 即随着测试温度的降低，碳氮化铌中 NbN 的含量增 加［8］． 回火过程中 Nb( C，N) 依附于 TiN 相形核并 长大，主要与二者的结构相近有关，Nb( C，N) 与 TiN 均为面心立方结构，在热力学及动力学条件均有利 的条件下，通过扩散 Nb( C，N) 在 TiN 表面以共格的 方式形核［9］． 回火温度为 600 ℃ 左右时，Nb( C，N) 的固溶积较小，所以 Nb( C，N) 相在回火过程中迅速 长大． 经 400 ℃回火后，试样中出现了大量的平行的 梭子状的碳化物． 这种碳化物为较稳定的 θ--碳化 物，它是由 χ--碳化物转变而来． θ--碳化物通常是沿 ·719·

·720· 北京科技大学学报 第33卷 着马氏体的{112}面析出或者{111}面析出，析出温 steel.J Mater Sci Technol,2007,23(5):659 度也在400℃左右.这与0960钢经400℃回火后的 B]Zhao L C.Principle of Metal Heat Treatment.Harbin:Harbin In- stitute of Technology Press,1987:200 结果相吻合.然而，经过600℃回火后，0-碳化物己 4]Pan T,Yang C F,Mao X P,et al.Study on precipitates of V-N 经消失，取而代之的是沿马氏体板条界分布的Cr的 microalloyed CSP steel.Iron Steel Vanadium Titanium,2007,28 碳化物.这是因为随着温度的进一步升高，一碳化 (2):25 物会分解而重新溶入马氏体基体中，取而代之的是 (潘涛，杨才福，毛新平，等.V-V微合金化CSP带钢中的析 更加稳定的合金渗碳体的析出，如Cr和Mo的碳化 出物研究.钢铁钒钛，2007,28(2)：25) 5]Shen ZC,Zhang JF,Yan Y J,et al.Review of precision torsion 物，这些合金渗碳体优先形核于位错密度较高的地 pendulum mechanical spectrometer and measurement of solution 方，而小角度晶界附近是位错密度最大的地方，所以 Carbon in steel.J Shanghai Jiaotong Univ,2010,44(5):683 这些合金渗碳体沿着马氏体板条的晶界析出@. (沈中城，张进峰，严勇建，等。精密扭摆内耗仪的研究进展 经600℃回火后，碳化物形成元素Mo和V等从小 及其钢中固溶碳测定.上海交通大学学报，2010,44(5)： 尺寸碳化物向大尺寸碳化物扩散，造成成分不同、 683) 大小各异的碳化物并存. [6]Yong QL,Chen M X,Pei HZ,et al.Theoretical calculation for PIT curve of microalloy carbonitride precipitated in ferrite.I Iron 3结论 Steel Res,2006,18(3):30 (雍岐龙，陈明听，裴和中，等.微合金碳氮化物在铁素体中 (1)淬火态和经200℃回火的试样中，可动间 沉淀析出PT曲线的理论计算.钢铁研究学报，2006， 隙原子分数变化不大，分别为63.5×10-6和52.5× 18(3):30) 10-6;但经400℃回火和600℃回火后，试样中的可 ] Wang A D,Liu G Q,Liu S X,et al.Thermodynamic calculations of carbonitrides in V-Ti-N microalloyed steels for non-quenched/ 动间隙原子大量减少，分别为18.5×10-6和17.5× tempered seamless oil-well tubes.J Unie Sci Technol Beijing, 10-6 2006,28(9):824 (2)经400℃回火后，试样中出现大量细小且 (王安东，刘国权，刘胜新，等.V-N微合金非调质无缝油 平行析出的0一碳化物；而经600℃回火后，试样中 井管钢中碳氮化物的热力学计算.北京科技大学学报，2006， 出现较多的沿马氏体板条界分布的Cr的碳化物且 28(9):824) ] Wang C L,Li S,Zhao H M,et al.Influence factors on solid-solu- 0一碳化物消失. tion of carbonitride of niobium in steel.IUni Sci Technol Beijing, (3)在淬火态和经200℃回火后的试样中发现 2009,31(Suppl1):198 了尺寸在100nm左右的形状为方形和椭圆形的 (汪春雷，李社，赵和明，等.影响钢中铌的碳氮化物固溶的 Nb、V和Ti的复合碳氮化合物.随着回火温度的升 因素分析.北京科技大学学报，2009,31（增刊1）：198) 高，这些析出物的尺寸变大，形状趋于椭圆形 Chen Y T,Guo A M,Li P H.Nitride and carbonitride precipitation behavior in a Nb-Ti microalloyed extra low carbon HSLA steel. 参考文献 Heat Treat Met,2007,32(9):51 (陈颜堂，郭爱民，李平和.Nb一T微合金化超低碳低合金高 Wang X D,Zhong N,Rong Y H,et al.Novel ultrahigh-strength 强度钢中第二相的析出行为.金属热处理，2007,32(9)：51) nanolath martensite steel by quenching-partitioning-empering [0]Furuhara T,Kobayashi K,Maki T.Control of cementite precipi- process.JMater Res,2009,24:260 tation in lath martensite by rapid heating and tempering.IS//Int, Wang C F,Wang M Q.Shi J,et al.Effect of microstructure re- 2004,44(11):1937 finement on the strength and toughness of low alloy martensitic

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 着马氏体的{ 112} 面析出或者{ 111} 面析出，析出温 度也在 400 ℃左右． 这与 Q960 钢经 400 ℃回火后的 结果相吻合． 然而，经过 600 ℃回火后，θ--碳化物已 经消失，取而代之的是沿马氏体板条界分布的 Cr 的 碳化物． 这是因为随着温度的进一步升高，θ--碳化 物会分解而重新溶入马氏体基体中，取而代之的是 更加稳定的合金渗碳体的析出，如 Cr 和 Mo 的碳化 物，这些合金渗碳体优先形核于位错密度较高的地 方，而小角度晶界附近是位错密度最大的地方，所以 这些合金渗碳体沿着马氏体板条的晶界析出［10］． 经 600 ℃回火后，碳化物形成元素 Mo 和 V 等从小 尺寸碳化物向大尺寸碳化物扩散，造成成分不同、 大小各异的碳化物并存． 3 结论 ( 1) 淬火态和经 200 ℃ 回火的试样中，可动间 隙原子分数变化不大，分别为 63. 5 × 10 － 6 和52. 5 × 10 － 6 ; 但经 400 ℃回火和 600 ℃ 回火后，试样中的可 动间隙原子大量减少，分别为 18. 5 × 10 － 6 和 17. 5 × 10 － 6 ． ( 2) 经 400 ℃ 回火后，试样中出现大量细小且 平行析出的 θ--碳化物; 而经 600 ℃ 回火后，试样中 出现较多的沿马氏体板条界分布的 Cr 的碳化物且 θ--碳化物消失． ( 3) 在淬火态和经 200 ℃回火后的试样中发现 了尺寸在 100 nm 左右的形状为方形和椭圆形的 Nb、V 和 Ti 的复合碳氮化合物． 随着回火温度的升 高，这些析出物的尺寸变大，形状趋于椭圆形． 参 考 文 献 ［1］ Wang X D，Zhong N，Rong Y H，et al． Novel ultrahigh-strength nanolath martensite steel by quenching-partitioning-tempering process． J Mater Res，2009，24: 260 ［2］ Wang C F，Wang M Q，Shi J，et al． Effect of microstructure re￾finement on the strength and toughness of low alloy martensitic steel． J Mater Sci Technol，2007，23( 5) : 659 ［3］ Zhao L C． Principle of Metal Heat Treatment． Harbin: Harbin In￾stitute of Technology Press，1987: 200 ［4］ Pan T，Yang C F，Mao X P，et al． Study on precipitates of V-N microalloyed CSP steel． Iron Steel Vanadium Titanium，2007，28 ( 2) : 25 ( 潘涛，杨才福，毛新平，等． V--N 微合金化 CSP 带钢中的析 出物研究． 钢铁钒钛，2007，28( 2) : 25) ［5］ Shen Z C，Zhang J F，Yan Y J，et al． Review of precision torsion pendulum mechanical spectrometer and measurement of solution Carbon in steel． J Shanghai Jiaotong Univ，2010，44( 5) : 683 ( 沈中城，张进峰，严勇建，等． 精密扭摆内耗仪的研究进展 及其钢中固溶碳测定． 上海交通大学学报，2010，44 ( 5 ) : 683) ［6］ Yong Q L，Chen M X，Pei H Z，et al． Theoretical calculation for PTT curve of microalloy carbonitride precipitated in ferrite． J Iron Steel Res，2006，18( 3) : 30 ( 雍岐龙，陈明昕，裴和中，等． 微合金碳氮化物在铁素体中 沉淀析 出 PPT 曲线的理论计算． 钢 铁 研 究 学 报，2006， 18( 3) : 30) ［7］ Wang A D，Liu G Q，Liu S X，et al． Thermodynamic calculations of carbonitrides in V-Ti-N microalloyed steels for non-quenched / tempered seamless oil-well tubes． J Univ Sci Technol Beijing， 2006，28( 9) : 824 ( 王安东，刘国权，刘胜新，等． V--Ti--N 微合金非调质无缝油 井管钢中碳氮化物的热力学计算． 北京科技大学学报，2006， 28( 9) : 824) ［8］ Wang C L，Li S，Zhao H M，et al． Influence factors on solid-solu￾tion of carbonitride of niobium in steel． J Univ Sci Technol Beijing， 2009，31( Suppl 1) : 198 ( 汪春雷，李社，赵和明，等． 影响钢中铌的碳氮化物固溶的 因素分析． 北京科技大学学报，2009，31( 增刊 1) : 198) ［9］ Chen Y T，Guo A M，Li P H． Nitride and carbonitride precipitation behavior in a Nb-Ti microalloyed extra low carbon HSLA steel． Heat Treat Met，2007，32( 9) : 51 ( 陈颜堂，郭爱民，李平和． Nb--Ti 微合金化超低碳低合金高 强度钢中第二相的析出行为． 金属热处理，2007，32( 9) : 51) ［10］ Furuhara T，Kobayashi K，Maki T． Control of cementite precipi￾tation in lath martensite by rapid heating and tempering． ISIJ Int， 2004，44( 11) : 1937 ·720·