.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 －3‚α－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 －2‚dp 为 7∙16nm‚则 Lp≈556∙04nm‚f ≈0∙008％．随变形 ·588· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷