协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶中的应用

工程科学学报，第40卷，第8期：945-953,2018年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.8:945-953,August 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.008;http://journals.ustb.edu.cn 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体李晶 中的应用 王智权123)，宋婷婷34)，由 洋35)，王学林3)，尚成嘉)区，刘 锟12) 陈斌12) 1)首钢技术研究院薄板研究所，北京1000432)北京市能源用钢工程技术研究中心，北京100043 3)北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京1000834)上海海洋大学深渊科学技术研究中心，上海201206 5)壹胜百模具（北京）有限公司.，北京214429 ☒通信作者，E-mail:cishang(@usth.edu.cn 摘要基于电子背散射衍射(EBSD)技术，利用极射赤面投影图，提出了一种不依赖于残余奥氏体，对协变相变产物的原奥 取向进行重构的简易方法.计算结果表明，利用铁素体的{110}。极图中三个贝恩组的交点可以成功重构出原始奥氏体取向， 并且精度可达2°：同时，该方法还可以对局部微区或者变体选择很严重的原奥取向进行重构，误差仍可控制在2°之内，具有其 他重构方法无可比拟的优点.位向关系具体种类并不影响对原奥取向的重构，采用该方法进行原奥取向重构时不需要预先知 道具体的位向关系，并且适用于位向关系处在K-S与N-W关系之间的所有协变相变过程.通过运用该方法重构原奥取向， 本文研究了高温奥氏体化过程中的奥氏体行为.研究发现当采用较高的温度奥氏体化时会出现奥氏体李晶，奥氏体李晶的出 现与奥氏体化温度有关. 关键词原始奥氏体：协变相变：取向重构：极图：变体：奥氏体李品 分类号TG142.3 Prior austenite orientation reconstruction of coherently transformed products and its application on austenite twinning WANG Zhi-quan'2),SONG Ting-ting),YOU Yang3),WANG Xue-lin),SHANG Cheng-jia,LIU Kun'),CHEN Bin'2) 1)Sheet Metal Research Institute,Shougang Research Institute of Technology,Beijing 100043,China 2)Beijing Engineering Research Center of Energy Steel,Beijing 100043,China 3)Collaborative Innovation Center of Steel Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 4)Hadal Science and Technology Research Center,Shanghai Ocean University,Shanghai 201206,China 5)ASSAB Tooling Beijing Co..Lid.,Beijing 214429.China Correspondent author,E-mail:cjshang@ustb.edu.en, ABSTRACT High-angle grain boundaries and martensite/austenite (M/A)constituents are two critical factors that contribute to low impact toughness in metals.The generation mechanism of the high-angle grain boundaries is closely related to the crystallography of the transformed products,which are transformed by prior austenite.Austenite undergoes phase transformation when cooled to ambient tem- perature and cannot be retained.During coherent phase transformation,variant pairs,from which the high-angle grain boundaries origi- nate,are transformed.Variant selection is a common phenomenon in coherent phase transformation.The properties of the prior austen- ite grain,such as its shape,size,orientation,texture,and particularity of formation,will affect the subsequent phase transformation dramatically,and the variant pairs are accordingly introduced.However,it is impossible to evaluate this effect when the prior austenite 收稿日期：2017-07-25

工程科学学报,第 40 卷,第 8 期:945鄄鄄953,2018 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 40, No. 8: 945鄄鄄953, August 2018 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2018. 08. 008; http: / / journals. ustb. edu. cn 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶 中的应用 王智 权1,2,3) , 宋 婷 婷3,4) , 由 洋3,5) , 王 学 林3) , 尚 成 嘉3) 苣 , 刘 锟1,2) , 陈 斌1,2) 1) 首钢技术研究院薄板研究所, 北京 100043 2) 北京市能源用钢工程技术研究中心, 北京 100043 3) 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心, 北京 100083 4) 上海海洋大学深渊科学技术研究中心, 上海 201206 5) 壹胜百模具(北京)有限公司, 北京 214429 苣 通信作者, E鄄mail: cjshang@ ustb. edu. cn 摘 要 基于电子背散射衍射(EBSD)技术,利用极射赤面投影图,提出了一种不依赖于残余奥氏体,对协变相变产物的原奥 取向进行重构的简易方法. 计算结果表明,利用铁素体的{110} 琢极图中三个贝恩组的交点可以成功重构出原始奥氏体取向, 并且精度可达 2毅;同时,该方法还可以对局部微区或者变体选择很严重的原奥取向进行重构,误差仍可控制在 2毅之内,具有其 他重构方法无可比拟的优点. 位向关系具体种类并不影响对原奥取向的重构,采用该方法进行原奥取向重构时不需要预先知 道具体的位向关系,并且适用于位向关系处在 K鄄鄄 S 与 N鄄鄄W 关系之间的所有协变相变过程. 通过运用该方法重构原奥取向, 本文研究了高温奥氏体化过程中的奥氏体行为. 研究发现当采用较高的温度奥氏体化时会出现奥氏体孪晶,奥氏体孪晶的出 现与奥氏体化温度有关. 关键词 原始奥氏体; 协变相变; 取向重构; 极图; 变体; 奥氏体孪晶 分类号 TG142郾 3 收稿日期: 2017鄄鄄07鄄鄄25 Prior austenite orientation reconstruction of coherently transformed products and its application on austenite twinning WANG Zhi鄄quan 1,2,3) , SONG Ting鄄ting 3,4) , YOU Yang 3,5) , WANG Xue鄄lin 3) , SHANG Cheng鄄jia 3) 苣 , LIU Kun 1,2) , CHEN Bin 1,2) 1) Sheet Metal Research Institute, Shougang Research Institute of Technology, Beijing 100043, China 2) Beijing Engineering Research Center of Energy Steel, Beijing 100043, China 3) Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 4) Hadal Science and Technology Research Center, Shanghai Ocean University, Shanghai 201206, China 5) ASSAB Tooling Beijing Co. , Ltd. , Beijing 214429, China 苣 Correspondent author, E鄄mail: cjshang@ ustb. edu. cn, ABSTRACT High鄄angle grain boundaries and martensite / austenite (M/ A) constituents are two critical factors that contribute to low impact toughness in metals. The generation mechanism of the high鄄angle grain boundaries is closely related to the crystallography of the transformed products, which are transformed by prior austenite. Austenite undergoes phase transformation when cooled to ambient tem鄄 perature and cannot be retained. During coherent phase transformation, variant pairs, from which the high鄄angle grain boundaries origi鄄 nate, are transformed. Variant selection is a common phenomenon in coherent phase transformation. The properties of the prior austen鄄 ite grain, such as its shape, size, orientation, texture, and particularity of formation, will affect the subsequent phase transformation dramatically, and the variant pairs are accordingly introduced. However, it is impossible to evaluate this effect when the prior austenite

·946· 工程科学学报，第40卷，第8期 orientation is unclear.Hence,the orientation needs to be reconstructed.In this article,a simple method of reconstructing the prior austenite orientation during coherent phase transformation is proposed by employing the110 stereographic projection on the basis of electron backscatter diffraction (EBSD)measurements.Retained austenite is not necessary when applying this methodology.The re- sults show that the prior austenite orientation is well reconstructed with superior precision of below 2.This is especially applicable when strong variant selection occurs or when reconstructing a tiny part of the prior austenite grain.The specific unknown orientation re- lationship (OR)between prior austenite and ferrite has a little effect on the reconstruction process,averting complicated calculations of this specific unknown OR.It is still possible to reconstruct the austenite orientation when the actual OR is not accessible.Moreover,it can be employed to all the coherently transformed products that maintain an OR from K-S OR to N-W OR to the prior austenite grain. A specific example in which this method is adopted is given,and the austenizing behavior is studied.At higher austenization tempera- tures,a special type of austenite grain,i.e,an austenite twin,is transformed.This is difficult to occur at lower austenization tempera- tures,implying that the austenite twin formation is closely correlated to the austenization temperature.The formation mechanism of aus- tenite twin and its effect on the following phase transformation remains unclear;thus,much emphasis should be placed on it. KEY WORDS coherent phase transformation:prior austenite;orientation reconstruction;stereographic projection;variant;austenite twin 钢铁材料在从高温冷却到室温的过程中，高温 运用了大量繁杂的矩阵运算来重构原奥取向，需要 态的奥氏体会发生相变，无法保留到室温.相变前 专业计算软件和工程师的支持.尽管{110}.极图法 的奥氏体状况，如，奥氏体形貌、奥氏体晶粒大小、奥 也可用于原奥取向的重构，且简单直观，但由于特征 氏体取向、是否存在特殊类型奥氏体晶粒（比如说 圆中心难以精确判别，极大程度上受偶然性和人为 奥氏体孪晶)以及是否存在奥氏体织构，均会对相 因素的影响.尤其在变体选择明显的情况下，特征 变过程产生很大影响.而在实现对奥氏体取向进行 圆残缺不全，致使取向重构更加的困难. 重构前，研究这种影响几乎是不可能的，因而需要对 鉴于此，本文提出了一种新的、较为便捷的不依 原奥取向进行重构.对于依靠相变提高性能的高性 赖残余奥氏体进行原奥取向重构的方法，并就该方 能钢，组织为典型的协变相变产物.协变相变是指 法的构建方案、还原奥氏体的精度进行描述与讨论， 相变时相变产物与原始奥氏体保留有特定位向关系 同时给出了在低合金钢中的应用效果 的相变过程，典型的协变相变包括钢2-]以及钛 1实验材料和过程 和锆[5)]中的马氏体转变.钢中典型的协变相变产 物主要有针状铁素体、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝 实验钢的成分为（质量分数，%）：C0.052,Si 氏体及各类马氏体[等，它们与原始奥氏体间的位 0.27,Mn1.82,Ni+Cu+Ti<0.68,Mo+Cr+Nb< 向关系主要有K-S关系[1o、N-W关系[)、G-T关 0.60,Fe(余量).实验钢经过5kg真空感应炉冶炼 系[2]三种 后锻造成中14mm的圆棒材，再经感应炉加热至 以往的研究结果表明，影响钢铁材料韧性的因 1200℃，保温1h后水淬，之后将实验钢加工成 素主要有马奥岛(MA)以及大角晶界[3-16].协变相 中4mm×l0mm的热模拟圆棒试样，在Formastor-D 变中大角晶界主要来源于属于不同贝恩组的变体相 全自动膨胀仪上进行热模拟实验，分别模拟研究 遇.而位向关系及原始奥氏体取向的测定则成为探 不同奥氏体化温度下得到不同尺度的原奥氏体晶 究协变相变晶体学行为（如贝恩组的形成规律）的 粒在之后的协变相变过程，并利用电子背散射衍 必经之路.得益于电子背散射衍射(EBSD)技术的 射技术测定了相变后的协变相变产物的晶体学取 长足发展)，定量获得较大区域内（相比于透射电 向信息. 镜)组织的取向信息成为可能。Miyamoto等us] 将样品以20℃·s-'的速度加热到950、1050和 Humbert等9)、Germain等2o)、Abbasi等2】、Bernier 1150℃，保温300s,然后以30℃·s1的速度冷却到 等[2]分别利用电子背散射衍射精确分析了板条马 室温.用线切割横向剖开所得到的热模拟试样，加 氏体和贝氏体的取向，提出了在没有残奥情况下准 工成5mm厚的圆柱供电子背散射衍射实验使用. 确判定马氏体、贝氏体与原奥的取向关系的方法. 电子背散射衍射技术试样先经机械磨、抛光，然后电 在Takayama[]等的工作中，重构了原始奥氏体的取 解抛光.电解抛光液组成为：85mL无水乙醇+10mL 向并进行了和原始的密排面偏差角的计算，最终将 高氯酸+5mL甘油，所加电压15V,抛光时间18s. 其与组织形成温度建立了联系.但在这些文献中， 电子背散射衍射技术测试在装有Oxford--EBSD

工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 orientation is unclear. Hence, the orientation needs to be reconstructed. In this article, a simple method of reconstructing the prior austenite orientation during coherent phase transformation is proposed by employing the {110} 琢 stereographic projection on the basis of electron backscatter diffraction (EBSD) measurements. Retained austenite is not necessary when applying this methodology. The re鄄 sults show that the prior austenite orientation is well reconstructed with superior precision of below 2毅. This is especially applicable when strong variant selection occurs or when reconstructing a tiny part of the prior austenite grain. The specific unknown orientation re鄄 lationship (OR) between prior austenite and ferrite has a little effect on the reconstruction process, averting complicated calculations of this specific unknown OR. It is still possible to reconstruct the austenite orientation when the actual OR is not accessible. Moreover, it can be employed to all the coherently transformed products that maintain an OR from K鄄鄄S OR to N鄄鄄W OR to the prior austenite grain. A specific example in which this method is adopted is given, and the austenizing behavior is studied. At higher austenization tempera鄄 tures, a special type of austenite grain, i. e, an austenite twin, is transformed. This is difficult to occur at lower austenization tempera鄄 tures, implying that the austenite twin formation is closely correlated to the austenization temperature. The formation mechanism of aus鄄 tenite twin and its effect on the following phase transformation remains unclear; thus, much emphasis should be placed on it. KEY WORDS coherent phase transformation; prior austenite; orientation reconstruction; stereographic projection; variant; austenite twin 钢铁材料在从高温冷却到室温的过程中,高温 态的奥氏体会发生相变,无法保留到室温. 相变前 的奥氏体状况,如,奥氏体形貌、奥氏体晶粒大小、奥 氏体取向、是否存在特殊类型奥氏体晶粒(比如说 奥氏体孪晶) 以及是否存在奥氏体织构,均会对相 变过程产生很大影响. 而在实现对奥氏体取向进行 重构前,研究这种影响几乎是不可能的,因而需要对 原奥取向进行重构. 对于依靠相变提高性能的高性 能钢,组织为典型的协变相变产物. 协变相变是指 相变时相变产物与原始奥氏体保留有特定位向关系 的相变过程[1] ,典型的协变相变包括钢[2鄄鄄4] 以及钛 和锆[5鄄鄄8]中的马氏体转变. 钢中典型的协变相变产 物主要有针状铁素体、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝 氏体及各类马氏体[9] 等,它们与原始奥氏体间的位 向关系主要有 K鄄鄄 S 关系[10] 、N鄄鄄 W 关系[11] 、G鄄鄄 T 关 系[12]三种. 以往的研究结果表明,影响钢铁材料韧性的因 素主要有马奥岛(MA)以及大角晶界[13鄄鄄16] . 协变相 变中大角晶界主要来源于属于不同贝恩组的变体相 遇. 而位向关系及原始奥氏体取向的测定则成为探 究协变相变晶体学行为(如贝恩组的形成规律)的 必经之路. 得益于电子背散射衍射(EBSD)技术的 长足发展[17] ,定量获得较大区域内(相比于透射电 镜) 组织的取向信息成为可能. Miyamoto 等[18] 、 Humbert 等[19] 、Germain 等[20] 、Abbasi 等[21] 、Bernier 等[22]分别利用电子背散射衍射精确分析了板条马 氏体和贝氏体的取向,提出了在没有残奥情况下准 确判定马氏体、贝氏体与原奥的取向关系的方法. 在 Takayama [23]等的工作中,重构了原始奥氏体的取 向并进行了和原始的密排面偏差角的计算,最终将 其与组织形成温度建立了联系. 但在这些文献中, 运用了大量繁杂的矩阵运算来重构原奥取向,需要 专业计算软件和工程师的支持. 尽管{110} 琢极图法 也可用于原奥取向的重构,且简单直观,但由于特征 圆中心难以精确判别,极大程度上受偶然性和人为 因素的影响. 尤其在变体选择明显的情况下,特征 圆残缺不全,致使取向重构更加的困难. 鉴于此,本文提出了一种新的、较为便捷的不依 赖残余奥氏体进行原奥取向重构的方法,并就该方 法的构建方案、还原奥氏体的精度进行描述与讨论, 同时给出了在低合金钢中的应用效果. 1 实验材料和过程 实验钢的成分为(质量分数,% ):C 0郾 052,Si 0郾 27,Mn 1郾 82,Ni + Cu + Ti < 0郾 68,Mo + Cr + Nb < 0郾 60,Fe (余量). 实验钢经过 5 kg 真空感应炉冶炼 后锻造成 准14 mm 的圆棒材,再经感应炉加热至 1200 益 ,保温 1 h 后水淬, 之后将实验钢加工成 准4 mm 伊 10 mm 的热模拟圆棒试样,在 Formastor鄄D 全自动膨胀仪上进行热模拟实验,分别模拟研究 不同奥氏体化温度下得到不同尺度的原奥氏体晶 粒在之后的协变相变过程,并利用电子背散射衍 射技术测定了相变后的协变相变产物的晶体学取 向信息. 将样品以 20 益·s - 1的速度加热到 950、1050 和 1150 益 ,保温 300 s,然后以 30 益·s - 1的速度冷却到 室温. 用线切割横向剖开所得到的热模拟试样,加 工成 5 mm 厚的圆柱供电子背散射衍射实验使用. 电子背散射衍射技术试样先经机械磨、抛光,然后电 解抛光. 电解抛光液组成为:85 mL 无水乙醇 + 10 mL 高氯酸 +5 mL 甘油,所加电压15 V,抛光时间18 s. 电子背散射衍射技术测试在装有 Oxford鄄鄄EBSD ·946·

王智权等：协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪品中的应用 .947. 成像系统的Zeiss Ultra-55扫描电镜中进行，加速电 体的取向.以往的{110}，极图重构法便是利用的这 压20V,倾转角70°，扫描步长0.4m,实验数据用 三个特征圆重构的原始奥氏体取向[2].同时，K-S CHANNEL-5软件包进行分析处理. 关系同一packet分属三个贝恩组的铁素体(011)面 利用Matlab编写晶体学标定程序对转变组织 存在一公共法线，其方向与奥氏体(111)面法线平 的晶体学特征进行分析. 行.这在铁素体的{110}.极图中表现为，属于同一 packet的6个变体的{1l0}.投影点重合，该投影点 2取向重构方法 为3个贝恩组交点，同时还与原始奥氏体的{111}， 2.1协变相变晶体学特征 极点重合（如图1(b)所示）.同一奥氏体存在四个 协变相变时，同一原始奥氏体相变得到的各变 packet,从而共存在四个交点.当相变应变小时，该 体将在{110}.极图上形成特定的极图花样，如图1 点与原始奥氏体111}，极图中残余奥氏体的投影 (a)所示.属于同一贝恩组的变体在{110}.极图上 点（红色）几乎吻合（图2）.由此，即可利用BCC的 会形成一个特征圆，该特征圆的圆心即为原始奥氏 {110}.极图重构原始奥氏体取向. (a (b) 680 88 o0.8 8 1100,.◆888 。°0 00 2000g 88 8 88 -011 88 i1001. 6 88 88 0.0 88 0 0000 .{1111 11001 。1001 。011。 图1K-S关系下的极图.(a)铁素体{100.与原始奥氏体{100y:(b)铁素体1110！.与原始奥氏体111}y Fig.1 Superposed stereographic projects for K-S variants:(a)00and (b)10 and 不同贝恩组 ■残余奥氏体 图2原始奥氏体对应的铁素体{110极图(a)和残余奥氏体的{111上，极图(b) Fig.2 Pole figures of0 stereographic projections of the prior austenite (a)andstereographic projection of the corresponded retained austenite (b) 2.2{110}.极图重构法具体计算过程 的正确性，但该法运算量较大.本文采用铁素体较 {110{.极图上，同一原始奥氏体相变形成的 高面指数的{110}.极图来重构原奥取向. K-S关系的24个变体(variant)存在四个特征三角 具体的计算过程如下：如图3，将[-111]× 形，如图1(b),该特征三角形的中心即为原始奥氏 [-1-11]得到[101]方向矩阵，[1-11]×[111] 体的四个(111)面的投影点.Miyamoto等在文献 得到[-101]方向矩阵，再将[101]×[-101]得到 [18]中精确计算了原始奥氏体与相变产物的位向 原奥的[010]方向矩阵，同理可计算出[100]、[001] 关系，并采用{139}，极图验证了这种位向关系计算 方向矩阵，经正交和归一化处理后得到原始奥氏体

王智权等: 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶中的应用 成像系统的 Zeiss Ultra鄄鄄55 扫描电镜中进行,加速电 压 20 V,倾转角 70毅,扫描步长 0郾 4 滋m,实验数据用 CHANNEL鄄鄄5 软件包进行分析处理. 利用 Matlab 编写晶体学标定程序对转变组织 的晶体学特征进行分析. 2 取向重构方法 2郾 1 协变相变晶体学特征 协变相变时,同一原始奥氏体相变得到的各变 体将在{110} 琢极图上形成特定的极图花样,如图 1 (a)所示. 属于同一贝恩组的变体在{110} 琢极图上 会形成一个特征圆,该特征圆的圆心即为原始奥氏 体的取向. 以往的{110} 琢极图重构法便是利用的这 三个特征圆重构的原始奥氏体取向[23] . 同时,K鄄鄄 S 关系同一 packet 分属三个贝恩组的铁素体(011)面 存在一公共法线,其方向与奥氏体(111)面法线平 行. 这在铁素体的{110} 琢极图中表现为,属于同一 packet 的 6 个变体的{110} 琢投影点重合,该投影点 为 3 个贝恩组交点,同时还与原始奥氏体的{111} 酌 极点重合(如图 1( b)所示). 同一奥氏体存在四个 packet,从而共存在四个交点. 当相变应变小时,该 点与原始奥氏体{111} 酌极图中残余奥氏体的投影 点(红色)几乎吻合(图 2). 由此,即可利用 BCC 的 {110} 琢极图重构原始奥氏体取向. 图 1 K鄄鄄 S 关系下的极图 郾 (a) 铁素体{100} 琢与原始奥氏体{100} 酌 ; (b) 铁素体{110} 琢与原始奥氏体{111} 酌 Fig. 1 Superposed stereographic projects for K鄄鄄 S variants: (a) {100} 琢 and {100} 酌 ; (b) {110} 琢 and {111} 酌 图 2 原始奥氏体对应的铁素体{110} 琢极图(a)和残余奥氏体的{111} 酌极图(b) Fig. 2 Pole figures of {110} 琢 stereographic projections of the prior austenite (a) and {111} 酌 stereographic projection of the corresponded retained austenite (b) 2郾 2 {110} 琢极图重构法具体计算过程 {110} 琢极图上,同一原始奥氏体相变形成的 K鄄鄄 S 关系的 24 个变体(variant)存在四个特征三角 形,如图 1(b),该特征三角形的中心即为原始奥氏 体的四个(111) 面的投影点. Miyamoto 等在文献 [18]中精确计算了原始奥氏体与相变产物的位向 关系,并采用{139} 琢极图验证了这种位向关系计算 的正确性,但该法运算量较大. 本文采用铁素体较 高面指数的{110} 琢极图来重构原奥取向. 具体的计算过程如下:如图 3,将[ - 111] 伊 [ - 1 - 11]得到[101] 方向矩阵,[1 - 11] 伊 [111] 得到[ - 101]方向矩阵,再将[101] 伊 [ - 101]得到 原奥的[010]方向矩阵,同理可计算出[100]、[001] 方向矩阵,经正交和归一化处理后得到原始奥氏体 ·947·

.948. 工程科学学报，第40卷，第8期 的取向矩阵M,.将此思想编程后进行取向计算. [010 考虑到BCC结构中四个[111]晶向间也存在特定关 系，可以采用一点法重构原始奥氏体的取向，以一个 111 -1011 中心点为基准用CHANNEL-5软件确定取向差 109.47°和70.53°的其他三点({110}.极图上有四 [1-111 个(110).极点，对应奥氏体的四个(111)，极点，任 1011 意两(110)，面法线方向的夹角即为109.47°或者 70.53°)确定四点后用上述方法计算原奥取向矩阵 M,·用两种取点方法分别进行10次取点、测量、计算 [-1-11] 2.3结果与讨论 [-1111 为评价原始奥氏体重构的精度，本文选取试样 中留有残余奥氏体的原奥区域（图4）进行取向重 图3利用铁素体{110！。极图重构原始取向的计算示意图 构，用残奥取向表征真实原奥取向，如图2.分别采 Fig.3 Schematic illustration of the arithmetic in reconstructing the 用{110}.极图重构法和{100}.极图重构法中的“两 prior austenite orientation on the basis of110 stereographic projec- 点”和“一点”进行了取向的重构，计算得到的取向 tion 示于表1中 ■■不同贝恩组 ■残余奥氏体 图4一个原奥区域的贝恩图 Fig.4 Bain map of a reconstructed prior austenite 表1计算得到的奥氏体取向 Table 1 Calculated orientations of the reconstructed prior austenite and retained austenite 极图重构法 两点法计算所得取向 点中心法计算所得取向 0.8444 -0.14540.5156 0.8656 -0.12060.4859- 100}.极图法 M,= -0.3720 0.53340.7597 M2= -0.32540.60210.7291 -0.3855 -0.83330.3963」 -0.3805 -0.78930.4819 0.8287 -0.11950.54697 0.8287 -0.11950.5469 110.极图法 M3= -0.4097 0.5363 0.7380 M4= -0.4097 0.5363 0.7380 -0.3814 -0.83560.3954 -0.3814 -0.83560.3954 0.8353 -0.13220.5337 0.8288 -0.14980.5392 原奥真实取向 N -0.3693 0.58430.7227 N,= -0.3158 0.6702 0.6716 -0.4073 -0.80070.4392. -0.4620 -0.72690.5081 2.4误差分析 重构所得原奥取向，N代表残奥取向.从中可以明 误差的计算方法如下： 显看出，利用铁素体{110}.极图重构原奥取向的方 D=N-M- (1) 法更为精确，一点法重构原奥取向的误差控制在 A=arccos D[1,1]+D[2,2]+D[3,3]-1 L.5°左右，用此方法尤其还可以用于局部小区域原 2 始奥氏体的取向重构.在图4中选取3个小区域 (2) (图中用小椭圆圈出)，用上述方法进行局部原奥取 其中，D为误差矩阵，用0的角度值来表示误差大 向重构，误差计算结果见图6，误差均不超过2° 小.计算结果示于表2中.用四种方法多次测量计 尽管电子背散射衍射(EBSD)信号采集、测量 算，可重构出多组原始奥氏体取向矩阵和残余奥氏 时，人为因素、相变应力等误差因素的存在会导致计 体取向矩阵，误差的统计结果如图5，其中M代表 算结果对真实的原始奥氏体取向产生偏离，但从上

工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 图 3 利用铁素体{110} 琢极图重构原始取向的计算示意图 Fig. 3 Schematic illustration of the arithmetic in reconstructing the prior austenite orientation on the basis of {110} 琢 stereographic projec鄄 tion 的取向矩阵 M3 . 将此思想编程后进行取向计算. 考虑到 BCC 结构中四个[111]晶向间也存在特定关 系,可以采用一点法重构原始奥氏体的取向,以一个 中心点为基准用 CHANNEL鄄鄄 5 软 件 确 定 取 向 差 109郾 47毅和 70郾 53毅的其他三点({110} 琢极图上有四 个(110) 琢极点,对应奥氏体的四个(111) 酌极点,任 意两(110) 琢 面法线方向的夹角即为 109郾 47毅或者 70郾 53毅)确定四点后用上述方法计算原奥取向矩阵 M4 . 用两种取点方法分别进行10 次取点、测量、计算. 2郾 3 结果与讨论 为评价原始奥氏体重构的精度,本文选取试样 中留有残余奥氏体的原奥区域(图 4) 进行取向重 构,用残奥取向表征真实原奥取向,如图 2. 分别采 用{110} 琢极图重构法和{100} 琢极图重构法中的“两 点冶和“一点冶进行了取向的重构,计算得到的取向 示于表 1 中. 图 4 一个原奥区域的贝恩图 Fig. 4 Bain map of a reconstructed prior austenite 表 1 计算得到的奥氏体取向 Table 1 Calculated orientations of the reconstructed prior austenite and retained austenite 极图重构法 两点法计算所得取向 一点中心法计算所得取向 {100} 琢极图法 M1 = 0郾 8444 - 0郾 1454 0郾 5156 - 0郾 3720 0郾 5334 0郾 7597 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 3855 - 0郾 8333 0郾 3963 M2 = 0郾 8656 - 0郾 1206 0郾 4859 - 0郾 3254 0郾 6021 0郾 7291 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 3805 - 0郾 7893 0郾 4819 {110} 琢极图法 M3 = 0郾 8287 - 0郾 1195 0郾 5469 - 0郾 4097 0郾 5363 0郾 7380 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 3814 - 0郾 8356 0郾 3954 M4 = 0郾 8287 - 0郾 1195 0郾 5469 - 0郾 4097 0郾 5363 0郾 7380 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 3814 - 0郾 8356 0郾 3954 原奥真实取向 N1 = 0郾 8353 - 0郾 1322 0郾 5337 - 0郾 3693 0郾 5843 0郾 7227 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 4073 - 0郾 8007 0郾 4392 N2 = 0郾 8288 - 0郾 1498 0郾 5392 - 0郾 3158 0郾 6702 0郾 6716 é ë ê ê ù û ú ú - 0郾 4620 - 0郾 7269 0郾 5081 2郾 4 误差分析 误差的计算方法如下: D = N·M - 1 (1) 兹 = arccos { D[1,1] + D[2,2] + D[3,3] - 1 } 2 (2) 其中,D 为误差矩阵,用 兹 的角度值来表示误差大 小. 计算结果示于表 2 中. 用四种方法多次测量计 算,可重构出多组原始奥氏体取向矩阵和残余奥氏 体取向矩阵,误差的统计结果如图 5,其中 M 代表 重构所得原奥取向,N 代表残奥取向. 从中可以明 显看出,利用铁素体{110} 琢极图重构原奥取向的方 法更为精确,一点法重构原奥取向的误差控制在 1郾 5毅左右,用此方法尤其还可以用于局部小区域原 始奥氏体的取向重构. 在图 4 中选取 3 个小区域 (图中用小椭圆圈出),用上述方法进行局部原奥取 向重构,误差计算结果见图 6,误差均不超过 2毅. 尽管电子背散射衍射(EBSD) 信号采集、测量 时,人为因素、相变应力等误差因素的存在会导致计 算结果对真实的原始奥氏体取向产生偏离,但从上 ·948·

王智权等：协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪品中的应用 .949· 表2四种方法重构所得原奥取向误差分布情况 Table 2 Statistics of the deviation angle from the orientation of retained austenite of the four methodologies in reconstructing the orientation of the prior austenite 重构所得原奥取向 重构所得原奥取向与残 序号 方法 残奥取向，ORA ORPA 奥取向偏差角，De/(°) 1 |100,极图法两点法 山 N 3.59 2 1100.极图法一点法 M N2 6.35 3 1110.极图法两点法 My N 2.56 4 110!.极图法一点法 M. N2 1.23 12 2.0 10 T11001。一点法 1.5 8 鉴 6 1.0 {100).两点法 10,一点法 0.5 110吲。两点法 3 4 方法 区域 图5重构所得原奥取向误差结果统计 图6图4中原始奥氏体取向局部重构得到的误差结果统计 Fig.5 Statistical results of the deviation angles by the above men- Fig.6 Schematic illustration of the statistical results of the deviation tioned four reconstructing methodologies angles of the reconstructed austenite orientation reconstructed from the local regions surrounded by ellipses displayed by the red color in Fig.4 述结果来看{110}。极图重构法精度高，方法本身带 来的误差很小，能用于精确重构原始奥氏体的取向. 连续分布.图7(a)黄色贝恩组中V,(变体1，英文 图7为分别利用{100}.极图和110}.极图“一 为variant1的简写，下同)和V,偏差较大，除存在少 点”法重构所得奥氏体取向(M,和M,)绘制的理论 量V6外，其余变体均不存在.而在图7(b)中V,、 {100}极图与实验极图的叠加情况.图中显示实际 V。、V,和Vs均存在，并且V,和V,取向之间连续分 变体并非与理论变体完全重合，而是围绕理论变体 布着实际变体.对于蓝色贝恩组，图7(a)显示V3、 (a) b 9.6 022 22 10 19 0299 、2 16 010 15 。 11 13。 18o 21 16 20 4 5 15 Jd 3 821 2820 8 04 147 61422 147 3减脉12 9 62 。16 214 o13 1812 24 9 24 13 o13 .2 10e o5 89 024 13 18020 10a 8 18 020 图7K-S关系下24个理论变体1100：.极图与实验极图重合情况.(a)1100}.极图两点重构法；(b)1110!.极图两点重构法 Fig.7 Schematic illustration of the coincidence as indicated by the blue arrow,of the experimental stereographie projection and the reconstructed stereographic projection reconstructed:(a)two-points stereographic projection method;(b)two-points 110stereographic projection method

王智权等: 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶中的应用 表 2 四种方法重构所得原奥取向误差分布情况 Table 2 Statistics of the deviation angle from the orientation of retained austenite of the four methodologies in reconstructing the orientation of the prior austenite 序号 方法 重构所得原奥取向, ORPA 残奥取向,ORA 重构所得原奥取向与残 奥取向偏差角,De / (毅) 1 {100} 琢极图法两点法 M1 N1 3郾 59 2 {100} 琢极图法一点法 M2 N2 6郾 35 3 {110} 琢极图法两点法 M3 N1 2郾 56 4 {110} 琢极图法一点法 M4 N2 1郾 23 图 5 重构所得原奥取向误差结果统计 Fig. 5 Statistical results of the deviation angles by the above men鄄 tioned four reconstructing methodologies 图 7 K鄄鄄 S 关系下 24 个理论变体{100} 琢极图与实验极图重合情况 郾 (a) {100} 琢极图两点重构法; (b) {110} 琢极图两点重构法 Fig. 7 Schematic illustration of the coincidence as indicated by the blue arrow, of the experimental stereographic projection and the reconstructed stereographic projection reconstructed: (a) two鄄points {100 } 琢 stereographic projection method; ( b) two鄄points {110 } 琢 stereographic projection method 述结果来看{110} 琢极图重构法精度高,方法本身带 来的误差很小,能用于精确重构原始奥氏体的取向. 图 7 为分别利用{100} 琢极图和{110} 琢极图“一 点冶法重构所得奥氏体取向(M2和 M4 )绘制的理论 {100} 琢极图与实验极图的叠加情况. 图中显示实际 变体并非与理论变体完全重合,而是围绕理论变体 图 6 图 4 中原始奥氏体取向局部重构得到的误差结果统计 Fig. 6 Schematic illustration of the statistical results of the deviation angles of the reconstructed austenite orientation reconstructed from the local regions surrounded by ellipses displayed by the red color in Fig. 4 连续分布. 图 7(a)黄色贝恩组中 V1 (变体 1,英文 为 variant 1 的简写,下同)和 V4偏差较大,除存在少 量 V16外,其余变体均不存在. 而在图 7( b) 中 V1 、 V4 、V13和 V16均存在,并且 V1和 V4取向之间连续分 布着实际变体. 对于蓝色贝恩组,图 7(a)显示 V23 、 ·949·

·950· 工程科学学报，第40卷，第8期 Vs、Vg和Vo有较大的偏差，理论变体明显与实际 向关系是何种，均可以通过确定铁素体{110}.极图 的特征圆不相符合.同样对于绿色贝恩组，图7(a) 上四个三角形的中心来计算原奥取向.这是因为原 中特征圆亦存在一定程度的偏移，这将导致在V。和 始奥氏体的取向与具体的位向关系无关，而铁素体 V。的判断上的失误.这在7(b)中便不存在这问题. {110}极图上四个三角形的中心分别代表原始奥 因而，使用{100}.极图重构（图7(b))的重合度明 氏体{111}，面投影点.位向关系仅影响相变后各变 显高于{100}.极图重构结果（图7(a)),这与前文 体的取向及相应的投影点的位置.当实际位向关系 中的计算结果相一致.{100}。极图“一点”中心法 对理论的K-S关系产生偏离时，会使得的{110}.面 重构精度较高. 对原始的{111}，面法线产生一定角度的偏离，使得 2.5位向关系与原始取向重构 属于同一Packet的不同贝恩组的变体的{110}.面 前文基于K-S关系对原奥取向进行了重构. 法线均会绕原始的{111}，偏离同一角度，这六个变 但实际情况下，钢中的位向关系往往会对理论的K- 体的{110}.面仍能组成一个同心圆，而同心圆的圆 S关系产生偏离，而介于K-S关系与N-W关系之 心仍为原始奥氏体的取向（图8(c)). 间.为了研究这种偏离对原始奥氏体的重构过程的 3奥氏体化温度对奥氏孪晶的影响 影响，设计了三种位向关系，分别为K-S关系、N-W 关系以及采用文献[24]中方法计算得到的位向 3.1李晶奥氏体特征极图 关系. 图9(a)为(0,0,0)取向奥氏体及其(111)，孪 图8为不同位向关系下{110}.与{111}，极图， 晶K-S关系下各自24变体的{100}极图，(111)，面 平均位向关系由文献[24]所述方法得到，用欧拉角 上的六个变体V,~V。为孪晶所共有.从中可以清 表示为(118.97°，8.81°，197.09).图中清晰的显 楚地看出奥氏体孪晶形成的特定极图花样，总共会 示，位向关系对原奥取向的重构没有影响.无论位 形成六个贝恩圆，分别对应孪晶奥氏体的两个对称 a (b) 00a0 *1114 00 88 o°0g.0 00 8 00 o 00 88 gim 8 o。111 88。 d 000 0 0 00 000 000 0 8 0000 0000 0 0 0 0 ,{111》 o110a 图8不同位向关系下1110。与111，极图.(a)K-S关系：(b)平均位向关系：(c)图(b)红框内的局部放大图：(d)N-W关系 Fig.80 andstereographic projections of variants transformed in distinct orientation relationships (OR):(a)K-S OR,(b)average OR;(c)enlarged regions of the red square frame in (b);(d)N-W OR

工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 V15 、V18和 V10有较大的偏差,理论变体明显与实际 的特征圆不相符合. 同样对于绿色贝恩组,图 7(a) 中特征圆亦存在一定程度的偏移,这将导致在 V6和 V19的判断上的失误. 这在7(b)中便不存在这问题. 因而,使用{100} 琢极图重构(图 7( b)) 的重合度明 显高于{100} 琢极图重构结果(图 7( a)),这与前文 中的计算结果相一致. {100} 琢 极图“一点冶 中心法 重构精度较高. 2郾 5 位向关系与原始取向重构 前文基于 K鄄鄄 S 关系对原奥取向进行了重构. 但实际情况下,钢中的位向关系往往会对理论的 K鄄鄄 S 关系产生偏离,而介于 K鄄鄄 S 关系与 N鄄鄄 W 关系之 图 8 不同位向关系下{110} 琢与{111} 酌极图 郾 (a) K鄄鄄 S 关系; (b) 平均位向关系; (c) 图(b)红框内的局部放大图; (d) N鄄鄄W 关系 Fig. 8 {110} 琢 and {111} 酌 stereographic projections of variants transformed in distinct orientation relationships (OR): (a) K鄄鄄S OR, (b) average OR; (c) enlarged regions of the red square frame in (b); (d) N鄄鄄W OR 间. 为了研究这种偏离对原始奥氏体的重构过程的 影响,设计了三种位向关系,分别为 K鄄鄄S 关系、N鄄鄄W 关系以及采用文献[24] 中方法计算得到的位向 关系. 图 8 为不同位向关系下{110} 琢与{111} 酌极图, 平均位向关系由文献[24]所述方法得到,用欧拉角 表示为(118郾 97毅,8郾 81毅,197郾 09毅). 图中清晰的显 示,位向关系对原奥取向的重构没有影响. 无论位 向关系是何种,均可以通过确定铁素体{110} 琢极图 上四个三角形的中心来计算原奥取向. 这是因为原 始奥氏体的取向与具体的位向关系无关,而铁素体 {110} 琢极图上四个三角形的中心分别代表原始奥 氏体{111} 酌面投影点. 位向关系仅影响相变后各变 体的取向及相应的投影点的位置. 当实际位向关系 对理论的 K鄄鄄 S 关系产生偏离时,会使得的{110} 琢面 对原始的{111} 酌面法线产生一定角度的偏离,使得 属于同一 Packet 的不同贝恩组的变体的{110} 琢面 法线均会绕原始的{111} 酌偏离同一角度,这六个变 体的{110} 琢面仍能组成一个同心圆,而同心圆的圆 心仍为原始奥氏体的取向(图 8(c)). 3 奥氏体化温度对奥氏孪晶的影响 3郾 1 孪晶奥氏体特征极图 图 9(a)为(0,0,0) 取向奥氏体及其(111) 酌孪 晶 K鄄鄄S 关系下各自 24 变体的{100}极图,(111) 酌面 上的六个变体 V1 ~ V6 为孪晶所共有. 从中可以清 楚地看出奥氏体孪晶形成的特定极图花样,总共会 形成六个贝恩圆,分别对应孪晶奥氏体的两个对称 ·950·

王智权等：协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪品中的应用 .951· (a 李品面111) ★ 李晶面(111) 迹线 共变体V 。0.0,0)奥氏体变你 0.0.0取向奥变体 奥氏体李晶变体 ·奥氏体李晶 图9(0,0,0)取向奥氏体及其(111)，孪品的K-S关系下各自的24个变体的{100}。极图(a),(0,0,0)取向奥氏体及其(111)，孪晶的 111:、极图(b) Fig.9 100 stereographic projections (a)of the variants transformed from (0,0,0)oriented austenite and its (111),twin,111,stereographic projections (b)of the variants transformed from (0,0)oriented austenite and its (111)twin 组成部分，且每个贝恩圆均会拖着一个长条状的尾 4结论 巴，这个尾巴由李晶奥氏体另一部分的相变组织形 成，依此特征可判定孪晶奥氏体是否存在.图9中 本文基于电子背散射衍射测定结果，利用铁素 特定选取(111)，面作为孪晶面，则孪晶的两部分关 体{110}.极图，成功重构出了原始奥氏体的取向， 于孪晶面(111)，对称，在极图上则表现为这两部分 这种方法对所有的位向关系均能适用.这种方法对 除孪品面(111)，以外的其余{111}，极点关于孪晶 于建立钢铁材料工艺-组织-性能之间的定量化关 面迹线对称（图9(b)). 系具有重要意义.本文获得了以下结论： 3.2奥氏体化温度对奥氏体孪晶的影响 (1)利用电子背散射衍射技术实现了对原始奥 通过重构原奥取向，研究了高温奥氏体化过程 氏体取向的重构，并且完全不依赖残余奥氏体的存 中的奥氏体行为，研究发现当采用较高的温度奥氏 在.通过计算误差发现，利用铁素体{110}，极图中 体化时会出现奥氏体孪晶，这种孪晶奥氏体的出现 贝恩组交点进行重构计算可以精确重构原奥取向， 与奥氏体化温度有关.在本文设计的三个奥氏体化 精度可到达2°，比其余的三种方法精度更高. 温度中，发现经1150℃奥氏体化的样品中出现了孪 (2)利用铁素体{110}.极图重构的方法可以 晶奥氏体，而经950℃以及1050℃奥氏体化的样品 对局部小区域或者变体选择很严重的原奥取向进 中就很少见到有孪晶.图10为实验钢经1150℃奥 行重构，具有其他方法无法达到的效果，误差不超 氏体化后以30℃·s1冷速冷却到室温时的贝恩组 过2° 分布图(a),菊池带衬度(BC)图(b)及对应的极图 (3)利用铁素体{110}，极图法重构原始奥氏体 (c~f).图10(c),(d)为图10(a)中所示孪晶奥氏 取向时不依赖于具体的位向关系，位向关系是否已 体的110}实验极图与理论极图的叠加，可以发现 知及为何种并不影响原始奥氏体取向的重构.采用 实验极图具有孪晶奥氏体的极图花样，并且与理论 此法进行原始奥氏体的取向重构时能避免进行复杂 极图重合很好，这证明了孪晶奥氏体的存在，且孪晶 的数学计算，并且不需要计算具体的位向关系 面为(111)，面.图(e)为孪晶奥氏体的两对称部分 (4)通过对奥氏体进行重构，发现在较高温度 的取向，对应于图(c)中的六个贝恩圆的圆心，图 奥氏体化时会出现奥氏体孪晶，奥氏体孪晶的出现 ()为孪晶奥氏体的{111}极图，图中显示出了与图 与奥氏体化温度有关. 9(b)中类似的特征，从中可以看出此孪晶奥氏体共 一(111)，面，且关于(111)，面对称.而在950℃和 参考文献 1050℃奥氏体化的试样中并未发现明显的孪晶 [1]Guo Z,Lee C S.Morris J W.On coberent transformations in 现象. steel.Acta Mater,2004,52(19):5511

王智权等: 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶中的应用 图 9 (0,0,0)取向奥氏体及其(111) 酌孪晶的 K鄄鄄 S 关系下各自的 24 个变体的{100} 琢 极图( a), (0,0,0)取向奥氏体及其(111) 酌 孪晶的 {111} 酌极图(b) Fig. 9 {100} 琢 stereographic projections (a) of the variants transformed from (0,0,0) oriented austenite and its (111) 酌 twin, {111} 酌 stereographic projections (b) of the variants transformed from (0,0,0) oriented austenite and its (111) 酌 twin 组成部分,且每个贝恩圆均会拖着一个长条状的尾 巴,这个尾巴由孪晶奥氏体另一部分的相变组织形 成,依此特征可判定孪晶奥氏体是否存在. 图 9 中 特定选取(111) 酌面作为孪晶面,则孪晶的两部分关 于孪晶面(111) 酌对称,在极图上则表现为这两部分 除孪晶面(111) 酌以外的其余{111} 酌极点关于孪晶 面迹线对称(图 9(b)). 3郾 2 奥氏体化温度对奥氏体孪晶的影响 通过重构原奥取向,研究了高温奥氏体化过程 中的奥氏体行为,研究发现当采用较高的温度奥氏 体化时会出现奥氏体孪晶,这种孪晶奥氏体的出现 与奥氏体化温度有关. 在本文设计的三个奥氏体化 温度中,发现经 1150 益奥氏体化的样品中出现了孪 晶奥氏体,而经 950 益以及 1050 益 奥氏体化的样品 中就很少见到有孪晶. 图 10 为实验钢经 1150 益 奥 氏体化后以 30 益·s - 1冷速冷却到室温时的贝恩组 分布图(a),菊池带衬度(BC)图( b)及对应的极图 (c ~ f). 图 10(c),(d)为图 10(a)中所示孪晶奥氏 体的{110}实验极图与理论极图的叠加,可以发现 实验极图具有孪晶奥氏体的极图花样,并且与理论 极图重合很好,这证明了孪晶奥氏体的存在,且孪晶 面为(11 1) 酌面. 图(e)为孪晶奥氏体的两对称部分 的取向,对应于图( c) 中的六个贝恩圆的圆心,图 (f)为孪晶奥氏体的{111}极图,图中显示出了与图 9(b)中类似的特征,从中可以看出此孪晶奥氏体共 一(11 1) 酌面,且关于(11 1) 酌面对称. 而在 950 益 和 1050 益 奥氏体化的试样中并未发现明显的孪晶 现象. 4 结论 本文基于电子背散射衍射测定结果,利用铁素 体{110} 琢极图,成功重构出了原始奥氏体的取向, 这种方法对所有的位向关系均能适用. 这种方法对 于建立钢铁材料工艺鄄鄄 组织鄄鄄 性能之间的定量化关 系具有重要意义. 本文获得了以下结论: (1)利用电子背散射衍射技术实现了对原始奥 氏体取向的重构,并且完全不依赖残余奥氏体的存 在. 通过计算误差发现,利用铁素体{110} 琢极图中 贝恩组交点进行重构计算可以精确重构原奥取向, 精度可到达 2毅,比其余的三种方法精度更高. (2)利用铁素体{110} 琢极图重构的方法可以 对局部小区域或者变体选择很严重的原奥取向进 行重构,具有其他方法无法达到的效果,误差不超 过 2毅. (3)利用铁素体{110} 琢极图法重构原始奥氏体 取向时不依赖于具体的位向关系,位向关系是否已 知及为何种并不影响原始奥氏体取向的重构. 采用 此法进行原始奥氏体的取向重构时能避免进行复杂 的数学计算,并且不需要计算具体的位向关系. (4)通过对奥氏体进行重构,发现在较高温度 奥氏体化时会出现奥氏体孪晶,奥氏体孪晶的出现 与奥氏体化温度有关. 参 考 文 献 [1] Guo Z, Lee C S, Morris J W. On coherent transformations in steel. Acta Mater, 2004, 52(19): 5511 ·951·

.952· 工程科学学报，第40卷，第8期 (a) d (e) 李晶面(111线 李晶面(111)迹线 ·奥氏体 。不同贝恩组 ◆(111)，李品 图10实验钢经1150℃奥氏体化后以30℃·s1冷速冷却到室温时孪品奥氏体的贝恩图(a),BC图(b),实验与理论1100！。极图的叠加 (c),实验与理论{111}.极图的叠加(d),李品奥氏体1100：，极图（©），李品奥氏体111，极图() Fig.10 Illustration of the detailed information of the steel austenite at 1150C and cooled at 30C.s to ambient temperature of Bain group map (a),BC map (b),superimposed stereographic projections of(c),experimental and theoretical pole figure (d).0stereo- graphic projection of the austenite twin (e),stereographic projection of the austenite twin(f) [2]Wu J,Zhang WZ.The understanding and calculation of misorien- Mater Sinica,2006,42(1):54 tation between variants based on the phase transformation.Acta (赵运堂，尚成嘉，贺信菜，等.低碳Mo-Cu-Nb-B系微合金 Metall Sinica,2009,45(8):897 钢的中温转变组织类型.金属学报，2006,42(1)：54 (吴静，张文征，从相变出发理解和计算变体间位向差.金属 [10]Kurdjumow G,Sachs G.Ober den mechanismus der 学报，2009,45(8)：897) Stahlhartung.Z Phys,1930,64(5-6):325 [3]Xu ZY.Martensite Transformation and Martensite.2nd Ed.Bei- [11]Cayron C,Barcelo F,de Carlan Y.The mechanisms of the fcc- jing:Science Press,1999 bee martensitic transformation revealed by pole figures.Acta Mla- (徐祖耀.马氏体相变与马氏体.2版.北京：科学出版社， ter,2010,58(4):1395 1999） [12]Chen JR,Li CJ.Solid State Phase Transformations in Metals [4]Bowles J S.Mackenzie J K.The crystallography of martensite and Alloys.Beijing:Metallurgical Industry Press,1997 transformations I.Acta Metall,1954,2(1):129 (陈景榕，李承基.金属与合金中的固态相变.北京：冶金工 [5]Furuhara T,Maki T.Variant selection in heterogencous nucleation 业出版社，1997) on defects in diffusional phase transformation and precipitation. [13]Bouyne E,Flower H M,Lindley T C,et al.Use of EBSD tech- Mater Sci Eng A,2001,312(1-2):145 nique to examine microstructure and cracking in a bainitic steel. [6]Gey N,Humbert M,Gautier E,et al.Study of the B-a variant Scripta Mater,1998,39(3):295 selection for a zircaloy4 rod heated to the B transus in presence or [14]Gourgues A F.Microtexture induced by the bainitic transforma- not of an axial tensile stress.Nucl Mater,2004,328(2-3):137 tion in steels during welding:effect on the resistance to cleavage [7] Stanford N,Bate P S.Crystallographic variant selection in Ti- cracking.Mater Sci Forum,2003,426-432:3629 6A-4V.Acta Mater,2004,52(17):5215 [15]Gourgues A F,Flower H M,Lindley T C.Electron backscatter- [8] Morito S,Huang X,Furahara T,et al.The morphology and crys- ing diffraction study of acicular ferrite,bainite,and martensite tallography of lath martensite in alloy steels.Acta Mater,2006,54 steel microstructures.Mater Sci Technol,2000,16(1):26 (19):5323 [16]Kitahara H.Ueji R,Tsuji N,et al.Crystallographic features of [9]Zhao Y T,Shang C J,He X L,et al.Intermediate transformation lath martensite in low-carbon steel.Acta Mater,2006,54(5): structures in a low carbon Mo-Cu-Nb-B microalloying steel.Acta 1279

工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 图 10 实验钢经 1150 益奥氏体化后以 30 益·s - 1冷速冷却到室温时孪晶奥氏体的贝恩图( a),BC 图( b),实验与理论{100} 琢 极图的叠加 (c),实验与理论{111} 琢极图的叠加(d),孪晶奥氏体{100} 酌极图(e), 孪晶奥氏体{111} 酌极图(f) Fig. 10 Illustration of the detailed information of the steel austenite at 1150 益 and cooled at 30 益·s - 1 to ambient temperature of Bain group map (a), BC map (b), superimposed stereographic projections of {100} 琢 (c), {111} 琢 experimental and theoretical pole figure ( d), {100} 酌 stereo鄄 graphic projection of the austenite twin (e), {111} 酌 stereographic projection of the austenite twin (f) [2] Wu J, Zhang W Z. The understanding and calculation of misorien鄄 tation between variants based on the phase transformation. Acta Metall Sinica, 2009, 45(8): 897 (吴静, 张文征. 从相变出发理解和计算变体间位向差. 金属 学报, 2009, 45(8): 897) [3] Xu Z Y. Martensite Transformation and Martensite. 2nd Ed. Bei鄄 jing: Science Press, 1999 (徐祖耀. 马氏体相变与马氏体. 2 版. 北京: 科学出版社, 1999) [4] Bowles J S, Mackenzie J K. The crystallography of martensite transformations I. Acta Metall, 1954, 2(1): 129 [5] Furuhara T, Maki T. Variant selection in heterogeneous nucleation on defects in diffusional phase transformation and precipitation. Mater Sci Eng A, 2001, 312(1鄄2): 145 [6] Gey N, Humbert M, Gautier E, et al. Study of the 茁寅琢 variant selection for a zircaloy鄄4 rod heated to the 茁 transus in presence or not of an axial tensile stress. J Nucl Mater, 2004, 328(2鄄3): 137 [7] Stanford N, Bate P S. Crystallographic variant selection in Ti鄄鄄 6Al鄄鄄4V. Acta Mater, 2004, 52(17): 5215 [8] Morito S, Huang X, Furahara T, et al. The morphology and crys鄄 tallography of lath martensite in alloy steels. Acta Mater, 2006, 54 (19): 5323 [9] Zhao Y T, Shang C J, He X L, et al. Intermediate transformation structures in a low carbon Mo鄄鄄Cu鄄鄄Nb鄄鄄B microalloying steel. Acta Mater Sinica, 2006, 42(1): 54 (赵运堂, 尚成嘉, 贺信莱, 等. 低碳 Mo鄄鄄Cu鄄鄄Nb鄄鄄B 系微合金 钢的中温转变组织类型. 金属学报, 2006, 42(1): 54 [10] Kurdjumow G, Sachs G. 譈ber den mechanismus der Stahlh覿rtung. Z Phys, 1930, 64(5鄄6): 325 [11] Cayron C, Barcelo F, de Carlan Y. The mechanisms of the fcc鄄 bcc martensitic transformation revealed by pole figures. Acta Ma鄄 ter, 2010, 58(4): 1395 [12] Chen J R, Li C J. Solid State Phase Transformations in Metals and Alloys. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1997 (陈景榕, 李承基. 金属与合金中的固态相变. 北京: 冶金工 业出版社, 1997) [13] Bouyne E, Flower H M, Lindley T C, et al. Use of EBSD tech鄄 nique to examine microstructure and cracking in a bainitic steel. Scripta Mater, 1998, 39(3): 295 [14] Gourgues A F. Microtexture induced by the bainitic transforma鄄 tion in steels during welding: effect on the resistance to cleavage cracking. Mater Sci Forum, 2003, 426鄄432: 3629 [15] Gourgues A F, Flower H M, Lindley T C. Electron backscatter鄄 ing diffraction study of acicular ferrite, bainite, and martensite steel microstructures. Mater Sci Technol, 2000, 16(1): 26 [16] Kitahara H, Ueji R, Tsuji N, et al. Crystallographic features of lath martensite in low鄄carbon steel. Acta Mater, 2006, 54(5): 1279 ·952·

王智权等：协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪品中的应用 ·953· [17]Yang P.EBSD technique,geometric erystallography and materi- orientation relations:application to steels.Acta Mater,2012,60 als science.J Chin Electron Microsc Soc,2008,27(6):425 (11):4551 (杨平.电子背散射衍射技术、几何品体学与材料科学.电子 [21]Abbasi M,Nelson T W,Sorensen C D,et al.An approach to 显微学报，2008,27(6)：425) prior austenite reconstruction.Mater Charact,2012,66:1 [18]Miyamoto G,Takayama N,Furuhara T.Accurate measurement [22]Bernier N,Bracke L,Malet L,et al.An alternative to the crys- of the orientation relationship of lath martensite and bainite by tallographic reconstruction of austenite in steels.Mater Charact, electron backscatter diffraction analysis.Scripta Mater,2009,60 2014,89:23 (12):1113 [23]Takayama N,Miyamoto G,Furuhara T.Effects of transformation [19]Humbert M,Blaineau P,Germain L,et al.Refinement of orien- temperature on variant pairing of bainitic ferrite in low carbon tation relations occurring in phase transformation based on consid- steel.Acta Mater,2012,60(5):2387 ering only the orientations of the variants.Scripta Mater,2011, [24]Miyamoto G,Iwata N,Takayama N,et al.Mapping the parent 64(2):114 austenite orientation reconstructed from the orientation of martens- [20]Germain L,Gey N,Mercier R,et al.An advanced approach to ite by EBSD and its application to ausformed martensite.Acta reconstructing parent orientation maps in the case of approximate Mater,2010,58(19):6393

王智权等: 协变相变组织原始奥氏体取向重构及其在奥氏体孪晶中的应用 [17] Yang P. EBSD technique, geometric crystallography and materi鄄 als science. J Chin Electron Microsc Soc, 2008, 27(6): 425 (杨平. 电子背散射衍射技术、几何晶体学与材料科学. 电子 显微学报, 2008, 27(6): 425) [18] Miyamoto G, Takayama N, Furuhara T. Accurate measurement of the orientation relationship of lath martensite and bainite by electron backscatter diffraction analysis. Scripta Mater, 2009, 60 (12): 1113 [19] Humbert M, Blaineau P, Germain L, et al. Refinement of orien鄄 tation relations occurring in phase transformation based on consid鄄 ering only the orientations of the variants. Scripta Mater, 2011, 64(2): 114 [20] Germain L, Gey N, Mercier R, et al. An advanced approach to reconstructing parent orientation maps in the case of approximate orientation relations: application to steels. Acta Mater, 2012, 60 (11): 4551 [21] Abbasi M, Nelson T W, Sorensen C D, et al. An approach to prior austenite reconstruction. Mater Charact, 2012, 66: 1 [22] Bernier N, Bracke L, Malet L, et al. An alternative to the crys鄄 tallographic reconstruction of austenite in steels. Mater Charact, 2014, 89: 23 [23] Takayama N, Miyamoto G, Furuhara T. Effects of transformation temperature on variant pairing of bainitic ferrite in low carbon steel. Acta Mater, 2012, 60(5): 2387 [24] Miyamoto G, Iwata N, Takayama N, et al. Mapping the parent austenite orientation reconstructed from the orientation of martens鄄 ite by EBSD and its application to ausformed martensite. Acta Mater, 2010, 58(19): 6393 ·953·