D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.031 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 铌对低碳钢形变强化相变的影响 郭守真)杨王玥)陈国安)孙祖庆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用热模拟压缩变形实验研究了含铌钢和相应成分的低碳钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律，探讨了铌 在析出状态时对形变强化相变的影响，进行了转变动力学曲线的分析·结果表明：形变强化相变之前有Nb(CN)析出可以显 著促进铁素体形核：含锟钢的过冷奥氏体在A3~A3之间变形，可以得到平均晶粒尺寸为1.9“m的形变强化相变铁素体。其 转变动力学与低碳钢相类似，以形变强化相变为主；在铁素体转变基本完成时，含铌钢的铁素体晶粒较细小。 关键词铌微合金化钢：形变强化相变；转变动力学：Nb(CN)析出 分类号TG111.2:TG142.31 晶粒细化可以提高材料的强度并保持一定韧 表1，将铸锭在1100℃保温2h后改锻成圆棒，再 性，因此一直是结构材料研究的重要领域，对低碳 机加工成6mm×15mm的试样 钢而言，形变强化相变或应变诱导动态相变3] 表1实验用钢化学成分（质量分数） 的学术思路已被系统的实验证实为一种有效细化铁 Table 1 Chemical composition of tested steels % 素体晶粒的途径，过冷奥氏体在A3~A3之间变 钢种 C Mn Si P S Nb N Al 形，利用过冷和形变提供的驱动力的双重作用，大大 低碳钢0.111.240.170.00920.0073一 -<0.01 提高相变的驱动力，由于形变和相变同时进行，可 以不断产生新的晶体缺陷，提供新的形核地点，使整 Nb钢0.0931.180.120.010.00640.0240.0036<0.01 个过程成为形核为主的过程，从而导致细化组织· 实验证明，利用这一方法，可以使低碳钢的铁素体晶 1.2A3和A3的确定 粒细化到2~3m[-2]. 测定在Gleeble-一1500热模拟实验机上进行.试 铌是常用的微合金化元素，铌在奥氏体中的存 样为6mm×15mm的圆棒.A3的确定是以 在状态（固溶或析出）对奥氏体的晶粒长大、再结晶 0.5℃s升温至1200℃保温10mim再以0.5℃s1 以及相变都有影响[).例如，奥氏体中的NbC析出 降温，测量相应的A3和A3,二者的平均值作为 可以抑制奥氏体再结晶，阻碍奥氏体晶粒长大；而固 A3,A3的确定按实际变形工艺进行：含铌钢 溶铌推迟奥氏体向铁素体的转变[10] 1200℃保温10mim后快冷至1100℃变形40%，再 本文主要研究析出状态的铌对形变强化相变的 以10℃s1降温，通过测量热膨胀量随时间的变 影响，即在奥氏体区进行预变形，产生应变诱导析 化，确定A3· 出Nb(CN),然后快速冷至A3~A3之间变形，考 测量结果为：含铌钢的A3为845℃，A3为 察含铌钢的组织演变规律以及转变动力学过程，并 715℃；低碳钢的A3为780℃，A3为710℃. 与相应成分的低碳钢进行比较，分析铌对低碳钢的 1.3单向热压缩形变 过冷奥氏体形变强化相变的影响. 变形温度选在A3和A3之间，取760℃.为使 1实验材料和方法 两种钢变形前的原始组织基本一致，压缩变形工艺 如图1所示，变形温度(760℃)时低碳钢和含铌钢 1.1实验材料 原奥氏体尺寸分别约为41.81士17.46m和 实验材料为真空感应炉熔炼，其化学成分如 50.31土6.33m.在不同的形变参数下进行压缩变 收稿日期：2006-02-21修回日期：2006-07-13 形，变形完成后冰水冷却以保存组织，考察过冷奥氏 基金项目：国家“973”计划资助项目(N。·2004CB61902)和中信铌钢 体形变过程组织转变的情况和沉淀相的析出. 资助项目(No·2004CB61902) 1.4组织观察及分析 作者简介：郭守真(1965一)，男，博士研究生；孙祖庆(1944一)男， 教授，博士生导师 压缩后的试样从中心沿压缩轴方向剖开，机械
铌对低碳钢形变强化相变的影响 郭守真1） 杨王 1） 陈国安1） 孙祖庆2） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 摘 要 利用热模拟压缩变形实验研究了含铌钢和相应成分的低碳钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律探讨了铌 在析出状态时对形变强化相变的影响进行了转变动力学曲线的分析．结果表明：形变强化相变之前有 Nb（CN）析出可以显 著促进铁素体形核．含铌钢的过冷奥氏体在 A3～ A r3之间变形可以得到平均晶粒尺寸为1∙9μm 的形变强化相变铁素体．其 转变动力学与低碳钢相类似以形变强化相变为主；在铁素体转变基本完成时含铌钢的铁素体晶粒较细小． 关键词 铌微合金化钢；形变强化相变；转变动力学；Nb（CN）析出 分类号 TG111∙2；TG142∙31 收稿日期：2006－02－21 修回日期：2006－07－13 基金项目：国家“973”计划资助项目（No．2004CB61902）和中信铌钢 资助项目（No．2004CB61902） 作者简介：郭守真（1965－）男博士研究生；孙祖庆（1944－）男 教授博士生导师 晶粒细化可以提高材料的强度并保持一定韧 性因此一直是结构材料研究的重要领域．对低碳 钢而言形变强化相变［1－2］或应变诱导动态相变［3－8］ 的学术思路已被系统的实验证实为一种有效细化铁 素体晶粒的途径．过冷奥氏体在 A3～ A r3之间变 形利用过冷和形变提供的驱动力的双重作用大大 提高相变的驱动力．由于形变和相变同时进行可 以不断产生新的晶体缺陷提供新的形核地点使整 个过程成为形核为主的过程从而导致细化组织． 实验证明利用这一方法可以使低碳钢的铁素体晶 粒细化到2～3μm ［1－2］． 铌是常用的微合金化元素．铌在奥氏体中的存 在状态（固溶或析出）对奥氏体的晶粒长大、再结晶 以及相变都有影响［9］．例如奥氏体中的 NbC 析出 可以抑制奥氏体再结晶阻碍奥氏体晶粒长大；而固 溶铌推迟奥氏体向铁素体的转变［10］． 本文主要研究析出状态的铌对形变强化相变的 影响．即在奥氏体区进行预变形产生应变诱导析 出 Nb（CN）然后快速冷至 A3～ A r3之间变形考 察含铌钢的组织演变规律以及转变动力学过程并 与相应成分的低碳钢进行比较分析铌对低碳钢的 过冷奥氏体形变强化相变的影响． 1 实验材料和方法 1∙1 实验材料 实验材料为真空感应炉熔炼其化学成分如 表1．将铸锭在1100℃保温2h 后改锻成圆棒再 机加工成 ●6mm×15mm 的试样． 表1 实验用钢化学成分（质量分数） Table1 Chemical composition of tested steels ％ 钢种 C Mn Si P S Nb N Al 低碳钢 0∙11 1∙240∙170∙00920∙0073 — — ＜0∙01 Nb 钢 0∙0931∙180∙12 0∙01 0∙00640∙0240∙0036 ＜0∙01 1∙2 A3 和 Ar3的确定 测定在 Gleeble－1500热模拟实验机上进行．试 样为 ●6mm ×15mm 的圆棒． A3 的确定 是 以 0∙5℃·s －1升温至1200℃保温10min 再以0∙5℃·s －1 降温测量相应的 Ac3和 A r3二者的平均值作为 A3．A r3 的 确 定 按 实 际 变 形 工 艺 进 行：含 铌 钢 1200℃保温10min 后快冷至1100℃变形40％再 以10℃·s －1降温通过测量热膨胀量随时间的变 化确定 A r3． 测量结果为：含铌钢的 A3 为 845℃A r3为 715℃；低碳钢的 A3 为780℃A r3为710℃． 1∙3 单向热压缩形变 变形温度选在 A3 和 A r3之间取760℃．为使 两种钢变形前的原始组织基本一致压缩变形工艺 如图1所示．变形温度（760℃）时低碳钢和含铌钢 原奥 氏 体 尺 寸 分 别 约 为 41∙81±17∙46μm 和 50∙31±6∙33μm．在不同的形变参数下进行压缩变 形变形完成后冰水冷却以保存组织考察过冷奥氏 体形变过程组织转变的情况和沉淀相的析出． 1∙4 组织观察及分析 压缩后的试样从中心沿压缩轴方向剖开机械 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．031
第6期 郭守真等：铌对低碳钢形变强化相变的影响 .587. 研磨成金相试样，用2%~4%硝酸酒精溶液浸蚀， 用过饱和苦味酸十十二烷基苯磺酸钠在80℃热蚀 利用金相显微镜和SEM观察剖面的金相组织；采 后观察原始奥氏体晶界 (a) 930℃.5min b)1200℃，10min 85℃·s1100℃，e=0.51,e=1g1 10℃s 760℃，ee-1s1 10℃·s 760℃，6E1s 20℃·s1 20℃-s 曹淬火 火 t/min t/min 图1形变强化相变热模拟变形工艺·(a)低碳钢：(b)铌钢 Fig.1 Processing schedules used for the hot compression test:(a)low carbon steel;(b)Nb-microalloyed steel 采用黑泽文夫等山的非水电解恒电流浸蚀萃 利用Image一ool图像分析软件采用截线法测 取法，制备碳萃取复型，具体步骤为：将机械研磨、 量原奥氏体晶粒截径和铁素体的晶粒截径：测量析 抛光后的金相试样置于10%AA腐蚀液(10%乙酰 出颗粒的平均直径d,、平面上析出颗粒之间的间距 丙酮十1%四甲基氯化铵十甲醇)中进行电解，视试 L。以及滑动平面单位面积上的障碍物（颗粒）的平 样的大小不同选取工作电压4~6V,电解40~60s 均数目（障碍物面密度）n。·利用Leica DC100型金 后用酒精清洗，干燥后直接喷碳，然后在15%高氯 相显微镜和Leica Qwin图像分析软件测量铁素体 酸十酒精的溶液中电解脱膜，工作电压10V,脱膜 转变量，每个试样均选取足够多个视场，并用网格法 后的碳膜于去离子水中清洗，用铜网捞出，晾干制成 予以对比校正，采用截线法测量形变强化相变铁素 碳萃取复型，将压缩变形后的试样切成0.3mm厚 体晶粒截径.铁素体体积分数和晶粒截径的统计均 薄片再机械研磨至50m,切成3mm的圆片后进 保证统计置信度在95以上， 行电解双喷减薄，双喷液为5%HCI104十95% CH3CH20H,电压75~100V,制成透射电镜薄膜 2实验结果及讨论 样.用800透射电镜观察沉淀相的析出，加速电 图2为含铌钢按图1(b)所示工艺在760℃变 压为200kV. 形时的SEM形貌，结合铁素体转变的动力学曲线 图2含铌钢在760℃、1s变形时的形貌变化.(a)e=0.22;(b)=0.34:(c)=0.67(d)8=0.79:(e)=1.00:(f)=1.15 Fig-2 Microstructure evolution of Nb-microalloyed steel during deformation with Is at 760C:(a)=0.22;(b)s=0.34;(c)=0.67;(d) e=0.79:(e)e=1.00:(f)8=1.15
研磨成金相试样用2％～4％硝酸酒精溶液浸蚀 利用金相显微镜和 SEM 观察剖面的金相组织；采 用过饱和苦味酸＋十二烷基苯磺酸钠在80℃热蚀 后观察原始奥氏体晶界． 图1 形变强化相变热模拟变形工艺．（a） 低碳钢；（b） 铌钢 Fig．1 Processing schedules used for the hot compression test： （a） low carbon steel；（b） Nb-microalloyed steel 采用黑泽文夫等［11］的非水电解恒电流浸蚀萃 取法制备碳萃取复型．具体步骤为：将机械研磨、 抛光后的金相试样置于10％AA 腐蚀液（10％乙酰 丙酮＋1％四甲基氯化铵＋甲醇）中进行电解视试 样的大小不同选取工作电压4～6V电解40～60s 后用酒精清洗干燥后直接喷碳然后在15％高氯 酸＋酒精的溶液中电解脱膜工作电压10V脱膜 后的碳膜于去离子水中清洗用铜网捞出晾干制成 碳萃取复型．将压缩变形后的试样切成0∙3mm 厚 薄片再机械研磨至50μm切成 ●3mm 的圆片后进 行电 解 双 喷 减 薄双 喷 液 为 5％ HClO4 ＋95％ CH3CH2OH电压75～100V制成透射电镜薄膜 样．用 H－800透射电镜观察沉淀相的析出加速电 压为200kV． 利用 Image－tool 图像分析软件采用截线法测 量原奥氏体晶粒截径和铁素体的晶粒截径；测量析 出颗粒的平均直径 dp、平面上析出颗粒之间的间距 Lp 以及滑动平面单位面积上的障碍物（颗粒）的平 均数目（障碍物面密度） ns．利用 Leica DC100型金 相显微镜和 Leica Qwin 图像分析软件测量铁素体 转变量每个试样均选取足够多个视场并用网格法 予以对比校正．采用截线法测量形变强化相变铁素 体晶粒截径．铁素体体积分数和晶粒截径的统计均 保证统计置信度在95％以上． 2 实验结果及讨论 图2为含铌钢按图1（b）所示工艺在760℃变 形时的SEM形貌．结合铁素体转变的动力学曲线 图2 含铌钢在760℃、1s －1变形时的形貌变化．（a） ε＝0∙22；（b） ε＝0∙34；（c） ε＝0∙67；（d） ε＝0∙79；（e） ε＝1∙00；（f） ε＝1∙15 Fig．2 Microstructure evolution of Nb-microalloyed steel during deformation with1s －1at760℃：（a） ε＝0∙22；（b） ε＝0∙34；（c） ε＝0∙67；（d） ε＝0∙79；（e） ε＝1∙00；（f） ε＝1∙15 第6期 郭守真等： 铌对低碳钢形变强化相变的影响 ·587·
.588 北京科技大学学报 第29卷 (图3)可以看出含铌钢组织演变具有和低碳钢形变 90.48%)的84.57%左右，形变强化相变基本完成， 强化相变的组织演变相似的规律]：在应变量较小 铁素体的晶粒平均截径约为1.90士0.56m.而低 时，铁素体优先在畸变能较高的原奥氏体三岔界和 碳钢转变基本完成时的铁素体晶粒平均截径约为 晶界形核并发展到占满整个奥氏体晶界，随应变量 2.38±0.21m. 继续增加，铁素体在铁素体/奥氏体相界面前沿奥氏 90 体高畸变区形核并附带有晶内形核直至相变基本完 80 成.整个过程中组织演变以形变强化相变机制为 主，是一个形核为主的过程，也是晶粒细化的主要 40 原因， 。-低碳钢 3 0-铌钢 但是含铌钢过冷奥氏体形变过程中的组织演变 10 又具有自己的特点，低碳钢的形变强化相变铁素体 首先在原奥氏体边界形核，随应变量增加，铁素体的 000204o608101立141618 真应变 转变量逐渐增多直至占满整个奥氏体晶界；随应变 图3铁素体转变量与应变量的关系曲线 增加，铁素体的转变量快速增多，其形核位置主要是 Fig-3 Relationship between volume fraction of ferrite and strain 铁素体/奥氏体前沿奥氏体内高畸变区；铁素体转变 基本完成后，继续变形，铁素体量基本不再增加，但 铌是强碳氨化物形成元素，随着温度的下降， 因为铁素体动态再结晶而使铁素体晶粒细化，对于 铌原子在钢中的固溶度下降，TEM观察表明，在 含铌钢，由于1100℃奥氏体区真应变为0.51时就 1200℃保温10 min Nb完全固溶，以80℃s-1的冷 有铌的碳化物诱导析出，随后冷却和变形时 速冷却到1100℃变形之前没有Nb(CN)析出. Nb(CN)析出逐渐增多，和不含铌的低碳钢相比，含 1100℃真应变为0.51后得到的试样中发现了弥散 铌钢晶内形核率提高，长大速率降低，铁素体晶粒 细小的第二相粒子.图4(a)是试样析出相的碳萃取 大大细化，应变量增加到e=1.15时，铁素体的转 复型照片，由图4(b)的衍射花样和图4(c)的能谱分 变量为76.52%，占铁素体平衡转变量（不考虑Nb 析可确定细小的析出物为NbC.由于C、N原子半 等其他因素的影响，根据Fe一C相图计算为 径相近，NbC以缺位方式固溶N,从而形成Nb(CN)· (e) 001) 0221 002) Nb Nb 100nm 24480 28) 图41100℃变形真应变0.51、应变速率1s'试样中析出的碳萃取复型照片.(a)明场像：(b)衍射谱：(c)能谱 Fig.4 TEM micrographs of the carbon extraction replica of Nb-microalloyed steel deformed to a strain of 0.51 at 760C with 1s (a)bright field TEMimage:(b)EDP:(c)energy spectrum 设d,为析出颗粒平均直径，f为析出物体积分 距3]： 数，假设Nb完全以NbC形式沉淀析出，则NbC的 质量分数约为0.024%×[1+1/(A(Nb)/A.(C)] Lpdn 3 N4f (1) =0.024%×(1+1/7.736)=0.0271%,其中 将Lp、d,代入上式可以得到析出物的体积分 A(Nb)和A.(C)分别表示Nb和C的相对原子质 数f.其中Lp=n2-d,(2/3)/2,n,是析出 量.已知NbC的密度为7.801gcm-3,Fe的密度 相的面密度， 为7.875gcm-3,则NbC的体积分数f最大为 统计结果表明，1100℃真应变为0.51后10℃s-1 (0.0271/7.801)/(100/7.875)=0.0274%.设第二 冷至760℃变形时n,=3.1674×10-5nm2,d,为 相颗粒在基体中无规则分布，则析出相颗粒间 7.16nm,则L.≈556.04nm,f≈0.008%.随变形
（图3）可以看出含铌钢组织演变具有和低碳钢形变 强化相变的组织演变相似的规律［12］：在应变量较小 时铁素体优先在畸变能较高的原奥氏体三岔界和 晶界形核并发展到占满整个奥氏体晶界随应变量 继续增加铁素体在铁素体／奥氏体相界面前沿奥氏 体高畸变区形核并附带有晶内形核直至相变基本完 成．整个过程中组织演变以形变强化相变机制为 主是一个形核为主的过程也是晶粒细化的主要 原因． 但是含铌钢过冷奥氏体形变过程中的组织演变 又具有自己的特点．低碳钢的形变强化相变铁素体 首先在原奥氏体边界形核随应变量增加铁素体的 转变量逐渐增多直至占满整个奥氏体晶界；随应变 增加铁素体的转变量快速增多其形核位置主要是 铁素体／奥氏体前沿奥氏体内高畸变区；铁素体转变 基本完成后继续变形铁素体量基本不再增加但 因为铁素体动态再结晶而使铁素体晶粒细化．对于 含铌钢由于1100℃奥氏体区真应变为0∙51时就 有铌 的 碳 化 物 诱 导 析 出随 后 冷 却 和 变 形 时 Nb（CN）析出逐渐增多和不含铌的低碳钢相比含 铌钢晶内形核率提高长大速率降低．铁素体晶粒 大大细化．应变量增加到 ε＝1∙15时铁素体的转 变量为76∙52％占铁素体平衡转变量（不考虑 Nb 等 其 他 因 素 的 影 响 根 据F e－C 相 图 计 算 为 90∙48％）的84∙57％左右形变强化相变基本完成 铁素体的晶粒平均截径约为1∙90±0∙56μm．而低 碳钢转变基本完成时的铁素体晶粒平均截径约为 2∙38±0∙21μm． 图3 铁素体转变量与应变量的关系曲线 Fig．3 Relationship between volume fraction of ferrite and strain 铌是强碳氮化物形成元素．随着温度的下降 铌原子在钢中的固溶度下降．TEM 观察表明在 1200℃保温10min Nb 完全固溶以80℃·s －1的冷 速冷却到1100℃变形之前没有 Nb （CN） 析出． 1100℃真应变为0∙51后得到的试样中发现了弥散 细小的第二相粒子．图4（a）是试样析出相的碳萃取 复型照片由图4（b）的衍射花样和图4（c）的能谱分 析可确定细小的析出物为 NbC．由于 C、N 原子半 径相近NbC以缺位方式固溶 N从而形成Nb（CN）． 图4 1100℃变形真应变0∙51、应变速率1s －1试样中析出的碳萃取复型照片．（a）明场像；（b）衍射谱；（c）能谱 Fig．4 TEM micrographs of the carbon extraction replica of Nb-microalloyed steel deformed to a strain of0∙51at760℃ with1s －1：（a） bright field TEM image；（b） EDP；（c） energy spectrum 设 dp 为析出颗粒平均直径f 为析出物体积分 数假设 Nb 完全以 NbC 形式沉淀析出则 NbC 的 质量分数约为0∙024％×［1＋1／（ A r（Nb）／A r（C））］ ＝0∙024％ × （1＋1／7∙736） ＝0∙0271％其 中 A r（Nb）和 A r（C）分别表示 Nb 和 C 的相对原子质 量．已知 NbC 的密度为7∙801g·cm －3α－Fe 的密度 为7∙875g·cm －3则 NbC 的体积分数 f 最大为 （0∙0271／7∙801）／（100／7∙875）＝0∙0274％．设第二 相颗粒在基体中无规则分布则析出相颗粒间 距［13］： Lp＝ dp 2 3 1 2 π 4f （1） 将 Lp、dp 代入上式可以得到析出物的体积分 数 f．其中 Lp＝ n －1／2 s － dp （2／3） 1／2［13］ns 是析出 相的面密度． 统计结果表明1100℃真应变为0∙51后10℃·s －1 冷至760℃变形时 ns＝3∙1674×10－6 nm －2dp 为 7∙16nm则 Lp≈556∙04nmf ≈0∙008％．随变形 ·588· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第6期 郭守真等：铌对低碳钢形变强化相变的影响 .589 量增加，变形诱导Nb(CN)析出粒子数量增多，至应 出，而在形变强化相变过程中还伴随着Nb(CN)的 变量约1.0时d。=9.94nm,n=5.038× 动态析出，无论是Nb(CN)的应变诱导析出还是动 10-5nm2,则L,≈437.4nm,f≈0.026%（图5） 态析出，都促进了铁素体的转变， 证明在铁素体相变前出现了Nb(CN)应变诱导析 (b) 100nm 100 nm 图5含铌钢760℃、1s'变形沉淀相的透镜像（碳膜萃取复型）.(a)飞=0.1：(b)8=0.56:(c)8=0.77:()飞=0.99 Fig-5 TEM micrographs of the carbon extraction replica of Nb-microalloyed steel deformed at 760C with Is(a)=0.1:(b)=0.56;(c) e=0.77:(d)8=0.99 Technol,2001,117,341 3结论 [6]Hodgson P D.Hickson M R,Gibbs R K.Ultrafine ferrite in low carbon steel.Scripta Mater.1999.40(10):1179 (1)含铌钢在奥氏体区变形，Nb(CN)析出颗粒 [7]Hurley P J.Kelly JL.Hodgson P D.Ultrafine ferrite formation 对随后的形变强化相变有明显的促进作用，转变动 during hot strip rolling.Mater Sci Technol.2000.16(11/12): 力学有所提前， 1273 (2)含铌钢的过冷奥氏体在A3~A3之间变 [8]Priestner R.Hodgson P D.Ferrite grain coarsening during trans 形，可以得到平均晶粒尺寸为1.9m的形变强化相 formation of thermomechanically processed C Mn Nb austenite. 变铁素体，其在形变前期以形变强化相变为主 Mater Sci Technol.1992.8(10):849 [9]陈国安，杨王玥，郭守真，等.低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过 参考文献 程中的碳氨化物析出.北京科技大学学报，2005,27(3)：302 [10]Hoogendoorn T M.Spanraft MJ.Quantifying the effect of mi- [1]杨王玥，胡安民，齐俊杰，等。低碳钢形变强化相变的组织细 croalloying elements on structures during processing//Proceed- 化.材料研究学报，2001,15(2)：171 ings of an International Symposium on High Strength Low Alloy [2]Sun ZQ.Yang W Y.QiJJ.et al.Deformation enhanced trans- Steels-Microalloying 1975.Washington D C:Union Carbide formation and dynamic recrystallization of ferrite in a low carbon Corp,1975:75 steel during multipass hot deformation.Mater Sci Eng.2002. [11] 徐温崇，马翔，孙福玉.Nb一V微合金化钢中析出相的非水电 A334(9):201 解恒电流萃取法的研究及其应用.钢铁，1985,20(3)：34 [3]Lewis J.Jonas JJ.Mintz B.The formation of deformation in- [12]齐俊杰，杨王玥，孙祖庆。低碳钢过冷奥氏体形变过程中的组 duced ferrite during mechanical testing.ISIJ Int.1998.38(3): 织及取向变化.金属学报，2002,38(6)：629 300 [13] Gladman T.Dulieu D.Mcivor I D.Structure property relation- [4]Pandi R.YueS.Dynamic transformation of austenite to ferrite in ships in high strength microalloyed steeProceedings of an In low carbon steel.ISIJ Int.1994,34(3):270 ternational Symposium on High Strength Low Alloy Steels-Mi- [5]Niikura M,Fujioka M,Adachi Y,et al.New concept for ultra eroalloying 1975.Washington D C:Union Carbide Corp.1975: refinement of grain size in Super Metal Project.J Mater Process 32
量增加变形诱导 Nb（CN）析出粒子数量增多至应 变量 约 1∙0 时 dp ＝9∙94 nmns ＝5∙038× 10－5 nm －2则 Lp≈437∙4nmf ≈0∙026％（图5）． 证明在铁素体相变前出现了 Nb（CN）应变诱导析 出而在形变强化相变过程中还伴随着 Nb（CN）的 动态析出．无论是 Nb（CN）的应变诱导析出还是动 态析出都促进了铁素体的转变． 图5 含铌钢760℃、1s －1变形沉淀相的透镜像（碳膜萃取复型）．（a） ε＝0∙1；（b） ε＝0∙56；（c） ε＝0∙77；（d） ε＝0∙99 Fig．5 TEM micrographs of the carbon extraction replica of Nb-microalloyed steel deformed at760℃ with1s －1：（a） ε＝0∙1；（b） ε＝0∙56；（c） ε＝0∙77；（d） ε＝0∙99 3 结论 （1） 含铌钢在奥氏体区变形Nb（CN）析出颗粒 对随后的形变强化相变有明显的促进作用转变动 力学有所提前． （2） 含铌钢的过冷奥氏体在 A3～ A r3之间变 形可以得到平均晶粒尺寸为1∙9μm 的形变强化相 变铁素体其在形变前期以形变强化相变为主． 参 考 文 献 ［1］ 杨王 胡安民齐俊杰等．低碳钢形变强化相变的组织细 化．材料研究学报200115（2）：171 ［2］ Sun Z QYang W YQi J Jet al．Deformation enhanced transformation and dynamic recrystallization of ferrite in a low carbon steel during multipass hot deformation．Mater Sci Eng2002 A334（9）：201 ［3］ Lewis JJonas J JMintz B．The formation of deformation induced ferrite during mechanical testing．ISIJ Int199838（3）： 300 ［4］ Pandi RYue S．Dynamic transformation of austenite to ferrite in low carbon steel．ISIJ Int199434（3）：270 ［5］ Niikura MFujioka MAdachi Yet al．New concept for ultra refinement of grain size in Super Metal Project．J Mater Process Technol2001117：341 ［6］ Hodgson P DHickson M RGibbs R K．Ultrafine ferrite in low carbon steel．Scripta Mater199940（10）：1179 ［7］ Hurley P JKelly J LHodgson P D．Ultrafine ferrite formation during hot strip rolling．Mater Sci Technol200016（11／12）： 1273 ［8］ Priestner RHodgson P D．Ferrite grain coarsening during transformation of thermomechanically processed C－Mn－Nb austenite． Mater Sci Technol19928（10）：849 ［9］ 陈国安杨王 郭守真等．低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过 程中的碳氮化物析出．北京科技大学学报200527（3）：302 ［10］ Hoogendoorn T MSpanraft M J．Quantifying the effect of microalloying elements on structures during processing∥Proceedings of an International Symposium on High Strength Low Alloy Steels－Microalloying 1975．Washington D C：Union Carbide Corp1975：75 ［11］ 徐温崇马翔孙福玉．Nb－V 微合金化钢中析出相的非水电 解恒电流萃取法的研究及其应用．钢铁198520（3）：34 ［12］ 齐俊杰杨王 孙祖庆．低碳钢过冷奥氏体形变过程中的组 织及取向变化．金属学报200238（6）：629 ［13］ Gladman TDulieu DMcivor I D．Structure-property relationships in high-strength microalloyed steels∥Proceedings of an International Symposium on High Strength Low Alloy Steels－Microalloying1975．Washington D C：Union Carbide Corp1975： 32 第6期 郭守真等： 铌对低碳钢形变强化相变的影响 ·589·
.590 北京科技大学学报 第29卷 Effect of Nb on deformation enhanced ferrite transformation in low carbon steel GUO Shouzhen,YANG Wangyue),CHEN Guoan,SUN Zuqing2) 1)Materials Science and Engineering School.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI The microstructure evolutions during deformation enhanced transformation of undercooled austen- ite of Nb microalloyed steel and low carbon steel with the similar contents of C and Mn were investigated by hot compression simulation experiment.The effect of Nb on the deformation -enhanced ferrite transformation was studied,and the transformation kinetics was analyzed.The results show that Nb(CN)precipitation promotes ferrite nucleation significantly before deformation enhanced ferrite transformation.Ultra fine ferrite with a grain size of about 1.9Im is formed in Nb-microalloyed steel during deformation of undercooled austenite between A3-A,3.Deformation-enhanced transformation is the dominated process in the early stage of deformation:as ferrite transformation accomplished,the ferrite grain size of Nb microalloyed steel is smaller than that of low carbon steel. KEY WORDS Nb-microalloyed steel;deformation-enhanced transformation:transformation kinetics:Nb(CN) precipitation (上接第585页) Effect of electromagnetic stirring at secondary cooling area on central segregation of a continuously cast slab LIU Yang:WANG Xinhua Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACI Using layer-by-layer shave steel scrap,the effect of electromagnetic stirring frequency parameter at secondary cooling area on the central segregation and equiaxed crystal ratio of a 1450mmX230mm slab was investigated by chemical analysis and macrostructure.On the basis of data analysis,three conclusions are draw n: (1)the central segregation is obviously improved when electromagnetic stirring is applied at secondary cooling area,and the positive segregation coefficients of C.P and Mn are lower than those of no electromagnetic stir- ring:(2)the level of central segregation is all B0.5 when the electromagnetic stirring frequencies are 2,5 and 8 Hz;and(3)electromagnetic stirring frequency has slight influence on the central equiaxed crystal ratio,and the largest equiaxed crystal ratio appeased in the case of 5 Hz frequency. KEY WORDS continuously cast slab;electromagnetic stirring:central segregation;equiaxed crystal ratio
Effect of Nb on deformation-enhanced ferrite transformation in low carbon steel GUO Shouz hen 1）Y A NG Wangyue 1）CHEN Guoan 1）SUN Zuqing 2） 1） Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） State Key Laboratory for Advanced Metals and MaterialsUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The microstructure evolutions during deformation-enhanced transformation of undercooled austenite of Nb-microalloyed steel and low carbon steel with the similar contents of C and Mn were investigated by hot compression simulation experiment．The effect of Nb on the deformation-enhanced ferrite transformation was studiedand the transformation kinetics was analyzed．The results show that Nb（CN） precipitation promotes ferrite nucleation significantly before deformation-enhanced ferrite transformation．Ultra-fine ferrite with a grain size of about 1∙9μm is formed in Nb-microalloyed steel during deformation of undercooled austenite between A3—A r3．Deformation-enhanced transformation is the dominated process in the early stage of deformation；as ferrite transformation accomplishedthe ferrite grain size of Nb-microalloyed steel is smaller than that of low carbon steel． KEY WORDS Nb-microalloyed steel；deformation-enhanced transformation；transformation kinetics；Nb（CN） precipitation （上接第585页） Effect of electromagnetic stirring at secondary cooling area on central segregation of a continuously cast slab LIU Y angWA NG Xinhua Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Using layer-by-layer shave steel scrapthe effect of electromagnetic stirring frequency parameter at secondary cooling area on the central segregation and equiaxed crystal ratio of a1450mm×230mm slab was investigated by chemical analysis and macrostructure．On the basis of data analysisthree conclusions are drawn： （1） the central segregation is obviously improved when electromagnetic stirring is applied at secondary cooling areaand the positive segregation coefficients of CP and Mn are lower than those of no electromagnetic stirring；（2） the level of central segregation is all B0∙5when the electromagnetic stirring frequencies are25and8 Hz；and （3） electromagnetic stirring frequency has slight influence on the central equiaxed crystal ratioand the largest equiaxed crystal ratio appeased in the case of 5Hz frequency． KEY WORDS continuously cast slab；electromagnetic stirring；central segregation；equiaxed crystal ratio ·590· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
