·1494· 北京科技大学学报 第36卷 x600 20.0w87 11. 图518Ml8C0.34N钢奥氏体相和铁素体相电子探针显微分析仪面扫描结果 Fig.5 Element mapping of austenite and ferrite phases in 18Mnl8C0.34N steel by EPMA 相结品形核长大，直至凝固结束.虽然先结晶的铁 余钢液发生包晶反应L+δY生成奥氏体相.包晶 素体相晶粒中心和后结晶的边缘成分有差别，但是 反应生成的奥氏体相包围在初晶铁素体相周围，如 由于元素快速扩散，使得晶粒内部成分一直处于均 图6(b)所示.随着奥氏体相生成，残留钢液中C 匀状态.当凝固结束时实验钢仅由元素分布均匀的 含量也开始增加.到了凝固末期，富集Mn和Cr元 铁素体相组成.在随后的冷却过程中，铁素体相发 素的钢液直接转变为奥氏体相.该奥氏体相分布于 生固态相变δγ，在原有铁素体相上产生了奥氏体 包晶反应奥氏体相周围，与初晶铁素体相之间存在 魏氏组织Aw.新生成的奥氏体相受母相铁素体相 一定的间距（图6(c)). 成分均匀的影响，其成分分布非常均匀.因此， 根据图5可知，奥氏体相内褶皱处明显Mn元 18Mnl8C0.07N钢中铁素体和奥氏体晶粒表面平 素富集而Fe元素贫乏.这是因为Mn和Fe元素在 整，无褶皱形貌存在 奥氏体相内扩散速率较慢，因此室温组织中保留了 氮质量分数分别为0.24%和0.34%的2"和3” 奥氏体相中的凝固偏析（即先结晶和后结晶处的元 实验钢，虽然其显微组织也是由铁素体和奥氏体两 素分布差异).另外，C元素含量也略高于基体.这 相组成，但是奥氏体相中可以观察到山脊状褶皱形 可能源于Cr元素在奥氏体形成过程中的分配系数 貌，说明2和3实验钢中奥氏体相不是从铁素体相 接近18，因此Cr元素偏析程度较弱.通过以上分 转变生成，而是从液相中直接结晶形成的.该奥氏 析可知，18Mnl8C0.34N钢中奥氏体褶皱形貌的形 体相中褶皱形貌形成过程如图6所示.图6(a)为 成是因为实验钢经历了FA凝固模式的缘故，即凝 凝固初期首先结晶形成的铁素体相.由于Cr和Mn 固开始时铁素体相作为初晶相形核，在铁素体相形 分别是铁素体相和奥氏体相的形成元素，因此铁素 成过程中不断向钢液中排出奥氏体形成元素，而凝 体相中富集Cr元素，并不断地向周围剩余的钢液里 固后期富集奥氏体形成元素的钢液转变为奥氏体 排出Mn元素.因此剩余钢液中Mn元素富集，Cr元 相，该奥氏体相成分分布不均匀，宏观呈现出褶皱形 素贫乏.随着凝固的继续，先结晶的铁素体相与剩 貌.根据图4可知，氮质量分数由0.24%增加至北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 5 18Mn18Cr0. 34N 钢奥氏体相和铁素体相电子探针显微分析仪面扫描结果 Fig． 5 Element mapping of austenite and ferrite phases in 18Mn18Cr0. 34N steel by EPMA 相结晶形核长大，直至凝固结束． 虽然先结晶的铁 素体相晶粒中心和后结晶的边缘成分有差别，但是 由于元素快速扩散，使得晶粒内部成分一直处于均 匀状态． 当凝固结束时实验钢仅由元素分布均匀的 铁素体相组成． 在随后的冷却过程中，铁素体相发 生固态相变 δ→γ，在原有铁素体相上产生了奥氏体 魏氏组织 Aw． 新生成的奥氏体相受母相铁素体相 成分均 匀 的 影 响，其成分分布非常均匀． 因 此， 18Mn18Cr0. 07N 钢中铁素体和奥氏体晶粒表面平 整，无褶皱形貌存在． 氮质量分数分别为 0. 24% 和 0. 34% 的 2# 和 3# 实验钢，虽然其显微组织也是由铁素体和奥氏体两 相组成，但是奥氏体相中可以观察到山脊状褶皱形 貌，说明 2# 和 3# 实验钢中奥氏体相不是从铁素体相 转变生成，而是从液相中直接结晶形成的． 该奥氏 体相中褶皱形貌形成过程如图 6 所示． 图 6( a) 为 凝固初期首先结晶形成的铁素体相． 由于 Cr 和 Mn 分别是铁素体相和奥氏体相的形成元素，因此铁素 体相中富集 Cr 元素，并不断地向周围剩余的钢液里 排出 Mn 元素． 因此剩余钢液中 Mn 元素富集，Cr 元 素贫乏． 随着凝固的继续，先结晶的铁素体相与剩 余钢液发生包晶反应 L + δ→γ 生成奥氏体相． 包晶 反应生成的奥氏体相包围在初晶铁素体相周围，如 图 6( b) 所示． 随着奥氏体相生成，残留钢液中 Cr 含量也开始增加． 到了凝固末期，富集 Mn 和 Cr 元 素的钢液直接转变为奥氏体相． 该奥氏体相分布于 包晶反应奥氏体相周围，与初晶铁素体相之间存在 一定的间距( 图 6( c) ) ． 根据图 5 可知，奥氏体相内褶皱处明显 Mn 元 素富集而 Fe 元素贫乏． 这是因为 Mn 和 Fe 元素在 奥氏体相内扩散速率较慢，因此室温组织中保留了 奥氏体相中的凝固偏析( 即先结晶和后结晶处的元 素分布差异) ． 另外，Cr 元素含量也略高于基体． 这 可能源于 Cr 元素在奥氏体形成过程中的分配系数 接近 1 ［18］，因此 Cr 元素偏析程度较弱． 通过以上分 析可知，18Mn18Cr0. 34N 钢中奥氏体褶皱形貌的形 成是因为实验钢经历了 FA 凝固模式的缘故，即凝 固开始时铁素体相作为初晶相形核，在铁素体相形 成过程中不断向钢液中排出奥氏体形成元素，而凝 固后期富集奥氏体形成元素的钢液转变为奥氏体 相，该奥氏体相成分分布不均匀，宏观呈现出褶皱形 貌． 根据图 4 可知，氮质量分数由 0. 24% 增加至 · 4941 ·