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,1000 北京科技大学学报 第30卷 当等温温度继续降低到500℃时，钢室温组织 的增大，几种等温温度下形成的非共析铁素体的含 中晶内铁素体的形成急剧增多，晶界铁素体已不能 量都随之降低，且当等温温度降到500℃及450℃ 完全占据原奥氏体的晶界，而降低到450℃时，组织 时，呈线性降低，而且从图3(a)还可看到，三种钢中 中甚至观察不到晶界铁素体。采用面积分析法测量 非共析铁素体的含量随着温度的变化都存在激增温 了几种钢室温组织中的非共析铁素体的体积含量， 度区，且1钢和3#钢的激增温度相差约50℃，这 结果见图3(a)·由图3(a)也可以看到，随着C含量 与上述的推测结果相符合 a) 60 320Fb) 500℃ 450℃ 300 50 40- 450℃ 260 T 30 墨 500℃k 240 600℃ 20 550℃ 220- 600℃ 550℃ 10- 200 0240.280.320.36 0.400.44 0.24 0.28 0.320.360.400.44 C质量分数% C质量分数/% 图3C含量对钢等温组织中非共析铁素体体积含量及钢硬度的影响，(：)非共析铁素体的含量：(b)维氏硬度 Fig.3 Influence of C content on the amount of non eutectoid ferrite in isothermally treated steels (a)and vickers hardness(b) 此外由图2还可以观察到，随着等温温度的降 图7.7)可知，中碳含钒微合金钢铁素体组织中存在 低，三种钢中晶内铁素体的形态将随之改变，对于 非常明显的析出物弥散分布的现象，虽然本文工作 1#钢和2钢，600℃下形成的晶内铁素体为等轴 中由于针状晶内铁素体的尺寸较小而未能实验观察 状；550℃时为短棒状；500℃以下则为针状.3#钢 其析出，但在相同实验钢中连续冷却条件下同样清 由于C含量较高，600℃和550℃下形成等轴状晶内 晰地观察到块状晶界铁素体/晶内铁素体中析出物 铁素体，而温度继续降低，则形成了针状晶内铁素 弥散分布的现象，且晶界铁素体中析出物的数量和 体，已有研究表明，在较低温度下晶内铁素体转变 分布密度明显高于晶内铁素体，所以可以认为，钢 与贝氏体转变相似，板条前沿的生长速率较高，使晶 中C含量的增大可能会使析出物在铁素体中的析 内铁素体呈现出针状，研究表明，针状的晶内铁素 出量增多，从而提高了铁素体的纳米硬度.在500℃ 体与贝氏体的形核机理相同，只是贝氏体是在原奥 下等温处理时，晶界铁素体中将比晶内铁素体析出 氏体晶界上形核，而晶内铁素体是在原奥氏体晶内 更多的第二相析出物，因此其纳米硬度高于晶内铁 形核3，刀.为了抑制贝氏体形核，通常需要在原奥 素体 氏体晶界形成一层晶界铁素体[8].而450℃下己基 3.0 2.8 本没有晶界铁素体，这可能导致了贝氏体的形成， 2.6 GBF 3.2C含量对钢等温处理后硬度的影响 由图3(b)可知，在相同温度下等温时，随着C 2.2 含量的增大，钢的硬度随之增大，这可能是由于C 2.0 含量的增大，一方面硬度较高的珠光体的含量增多， 另一方面也可能导致第二相析出物的析出增多，使 1.6 IGF 1.4 钢的硬度增大， 图4为等温温度为500℃时，三种钢室温组织 0.280.320.36 0.400.44 C质量分数% 中晶界铁素体和晶内铁素体的纳米硬度，由图4可 知，随着C含量的增大，两种铁素体的纳米硬度都 图4 等温温度为5O0℃时C含量对GBF和IGF纳米硬度的影 呈增高的趋势，而相同条件下，晶界铁素体的纳米 响 硬度明显高于晶内铁素体，且晶内铁素体的纳米硬 Fig.4 Influence of C content on the nano-hardness of GBF and IGF 度随C含量增大而增高量不大，由文献[9]（尤其是 formed isothermally at 500C当等温温度继续降低到500℃时钢室温组织 中晶内铁素体的形成急剧增多晶界铁素体已不能 完全占据原奥氏体的晶界而降低到450℃时组织 中甚至观察不到晶界铁素体．采用面积分析法测量 了几种钢室温组织中的非共析铁素体的体积含量 结果见图3（a）．由图3（a）也可以看到随着 C 含量 的增大几种等温温度下形成的非共析铁素体的含 量都随之降低且当等温温度降到500℃及450℃ 时呈线性降低．而且从图3（a）还可看到三种钢中 非共析铁素体的含量随着温度的变化都存在激增温 度区且1＃钢和3＃钢的激增温度相差约50℃这 与上述的推测结果相符合． 图3 C 含量对钢等温组织中非共析铁素体体积含量及钢硬度的影响．（a）非共析铁素体的含量；（b）维氏硬度 Fig．3 Influence of C content on the amount of non-eutectoid ferrite in isothermally treated steels （a） and vickers hardness （b） 此外由图2还可以观察到随着等温温度的降 低三种钢中晶内铁素体的形态将随之改变．对于 1＃钢和2＃ 钢600℃下形成的晶内铁素体为等轴 状；550℃时为短棒状；500℃以下则为针状．3＃钢 由于C 含量较高600℃和550℃下形成等轴状晶内 铁素体而温度继续降低则形成了针状晶内铁素 体．已有研究表明在较低温度下晶内铁素体转变 与贝氏体转变相似板条前沿的生长速率较高使晶 内铁素体呈现出针状．研究表明针状的晶内铁素 体与贝氏体的形核机理相同只是贝氏体是在原奥 氏体晶界上形核而晶内铁素体是在原奥氏体晶内 形核［37］．为了抑制贝氏体形核通常需要在原奥 氏体晶界形成一层晶界铁素体［8］．而450℃下已基 本没有晶界铁素体这可能导致了贝氏体的形成． 3∙2 C 含量对钢等温处理后硬度的影响 由图3（b）可知在相同温度下等温时随着 C 含量的增大钢的硬度随之增大．这可能是由于 C 含量的增大一方面硬度较高的珠光体的含量增多 另一方面也可能导致第二相析出物的析出增多使 钢的硬度增大． 图4为等温温度为500℃时三种钢室温组织 中晶界铁素体和晶内铁素体的纳米硬度．由图4可 知随着 C 含量的增大两种铁素体的纳米硬度都 呈增高的趋势．而相同条件下晶界铁素体的纳米 硬度明显高于晶内铁素体且晶内铁素体的纳米硬 度随 C 含量增大而增高量不大．由文献［9］（尤其是 图7∙7）可知中碳含钒微合金钢铁素体组织中存在 图4 等温温度为500℃时 C 含量对 GBF 和 IGF 纳米硬度的影 响 Fig．4 Influence of C content on the nano-hardness of GBF and IGF formed isothermally at 500℃ 非常明显的析出物弥散分布的现象．虽然本文工作 中由于针状晶内铁素体的尺寸较小而未能实验观察 其析出但在相同实验钢中连续冷却条件下同样清 晰地观察到块状晶界铁素体／晶内铁素体中析出物 弥散分布的现象且晶界铁素体中析出物的数量和 分布密度明显高于晶内铁素体．所以可以认为钢 中 C 含量的增大可能会使析出物在铁素体中的析 出量增多从而提高了铁素体的纳米硬度．在500℃ 下等温处理时晶界铁素体中将比晶内铁素体析出 更多的第二相析出物因此其纳米硬度高于晶内铁 素体． ·1000· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷