D01:10.13374j.isml00103x2006.04.011 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成 卜 勇2》胡本芙)尹法章)陈晓2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院。北京1000832)武汉钢铁集团技术中心，武汉430080 摘要通过高温热扩散结合法系统地研究了在含C0.C02的低碳钢中晶内针状铁素体形核现 象.实验结果表明：钢中针状铁素体的形核是由稳定的氧化物C0,C02质点非均匀形核引起的. 在CaO,CeO2氧化物周围存在明显应变区.它是晶内针状铁素体非均匀形核起支配作用的驱动力， 可以在一个夹杂氧化物上多处形核，同时形成大量新的奥氏体/铁素体高能内界面，提供发生激发 形核的表面效应.氧化物尺寸在0.1~Q6m范围内对形成晶内针状铁素体效果最好. 关键词低碳钢：氧化物：针状铁素体；高温扩散：显微组织 分类号TG335.5 在含Ti的低碳钢中，常常在Ti的氧化物上 1 实验程序 形成取向杂乱、相互交叉连接的铁素体板条，称为 11实验原材料 针状铁素体(Acicular Ferrite,AF),特别是在焊接 真空治炼30kg钢锭，然后热轧成15mm圆 热影响区(Hot Affect Zone)中，这种针状铁素体 棒.其化学成分（质量分数，%）为：C,012:S 组织能够提供高强度和高韧性相结合的细化组 织1习 0.15;Mn,1.45;P,0.0061;S,痕迹. 在热轧圆棒上切取试样加工成10mm×60 针状铁素体在TO,Ti203氧化物上形核已被 mm的圆柱从中间切成40和20mm两段，试样 确认并被认为是最有效的针状铁素体形核 剂34.在奥氏体晶粒内T的氧化物质点成为针 端部用细砂纸抛光成为清洁镜面. 12热扩散实验 状铁素体有效形核地点，除了其氧化物可以作为 热压扩散实验装置示意图如图1所示.在两 非自发核心的靠背作用之外，另一个原因是在Ti 个低碳钢圆柱之间分别填充Ca0或CeO2粉末进 氧化物质点周围形成奥氏体形成元素Mn的贫化 区(Mn-Depleted Zones,.MDZ)3sA.提高y→a 行热扩散结合实验，研究了低碳钢和氧化物间相 界面发生反应的现象以及氧化物核心作为品内铁 转变点Ar3温度，促进晶内铁素体形成.然而，有 素体形成的有效性， 关Ti氧化物周围形成MDZ的原因有两种观点： 试样在Ar气体保护下，加热至1250℃，保持 一是高温奥氏体晶粒内，在Ti氧化物质点上形成 60min,施加压力60MPa,然后以47.6℃·min1 MnS可以作为直接形核地点；二是Ti氧化物是 速度冷却至580℃，保温20min.再以50℃· 阳离子缺位型化合物，其本身可以吸收近旁固溶 min1冷却至室温. 体中Mn原子，在氧化物周围形成贫Mn层. 目前有关在非金属夹杂物上形核，促进晶内 2结果分析 针状铁素体形成的机理报导很多9，其中多数 2.1钢的组织观察 氧化物可以作为形核点，但并不一定与Mn的浓 取钢一氧化物接触界面部分研磨抛光.用4% 度贫化区有关.本文利用高熔点、稳定性高的 硝酸酒精溶液浸蚀镜面，采用光学显微镜和SEM CaO,CeO2氧化物添加到低碳无S钢中，考察了 观察界面组织并进行氧化物核心的成分分析. 其对晶内铁素体形核的有效性. 由图2表明，热压扩散法成功地导致氧化物 收稿日期：2005-02-28修回日期：200601-20 质点均匀分布在钢中，图中小黑点就是Ca0颗 作者简介：卜勇(1969一)，男，博士研究生：胡本芙(1937一).男， 粒，由于粒度不同，氧化物颗粒尺寸也显得不同. 教授，博士生导师 如果把钢一氧化物接触面处组织放大后可以清楚低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成 卜 勇1 , 2) 胡本芙1) 尹法章1) 陈 晓2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 2)武汉钢铁集团技术中心, 武汉 430080 摘 要 通过高温热扩散结合法系统地研究了在含 CaO , CeO2 的低碳钢中晶内针状铁素体形核现 象.实验结果表明:钢中针状铁素体的形核是由稳定的氧化物 CaO , CeO2 质点非均匀形核引起的. 在 CaO, CeO2 氧化物周围存在明显应变区, 它是晶内针状铁素体非均匀形核起支配作用的驱动力, 可以在一个夹杂氧化物上多处形核, 同时形成大量新的奥氏体/铁素体高能内界面, 提供发生激发 形核的表面效应.氧化物尺寸在 0.1 ～ 0.6μm 范围内对形成晶内针状铁素体效果最好. 关键词 低碳钢;氧化物;针状铁素体;高温扩散;显微组织 分类号 TG 335.5 收稿日期:2005 02 28 修回日期:2006 01 20 作者简介:卜勇(1969—), 男, 博士研究生;胡本芙(1937—), 男, 教授, 博士生导师 在含 Ti 的低碳钢中 , 常常在 Ti 的氧化物上 形成取向杂乱、相互交叉连接的铁素体板条, 称为 针状铁素体(Acicular Ferrite , AF),特别是在焊接 热影响区(Hot Affect Zo ne)中, 这种针状铁素体 组织能够提供高强度和高韧性相结合的细化组 织[ 1 2] . 针状铁素体在 TiO , Ti2O3 氧化物上形核已被 确认 并被 认为是 最有 效的 针状铁 素体 形核 剂[ 3 4] .在奥氏体晶粒内 Ti 的氧化物质点成为针 状铁素体有效形核地点 ,除了其氧化物可以作为 非自发核心的靠背作用之外, 另一个原因是在 Ti 氧化物质点周围形成奥氏体形成元素 M n 的贫化 区(Mn-Depleted Zones, MDZ)[ 3 , 5 6] .提高 γ※α 转变点 Ar3 温度,促进晶内铁素体形成.然而 ,有 关 Ti 氧化物周围形成 M DZ 的原因有两种观点: 一是高温奥氏体晶粒内, 在 Ti 氧化物质点上形成 M nS 可以作为直接形核地点;二是 Ti 氧化物是 阳离子缺位型化合物 , 其本身可以吸收近旁固溶 体中 M n 原子 ,在氧化物周围形成贫 Mn 层 . 目前有关在非金属夹杂物上形核 ,促进晶内 针状铁素体形成的机理报导很多[ 7 9] , 其中多数 氧化物可以作为形核点 , 但并不一定与 M n 的浓 度贫化区有关 .本文利用高熔点 、稳定性高的 CaO ,CeO2 氧化物添加到低碳无 S 钢中 , 考察了 其对晶内铁素体形核的有效性 . 1 实验程序 1.1 实验原材料 真空冶炼 30 kg 钢锭 ,然后热轧成 15 mm 圆 棒.其化学成分(质量分数, %)为:C , 0.12 ;Si, 0.15 ;Mn , 1.45 ;P , 0.006 1 ;S ,痕迹 . 在热轧圆棒上切取试样加工成 10 mm ×60 mm 的圆柱, 从中间切成 40 和 20 mm 两段 ,试样 端部用细砂纸抛光成为清洁镜面. 1.2 热扩散实验 热压扩散实验装置示意图如图 1 所示 .在两 个低碳钢圆柱之间分别填充 CaO 或 CeO2 粉末进 行热扩散结合实验 , 研究了低碳钢和氧化物间相 界面发生反应的现象以及氧化物核心作为晶内铁 素体形成的有效性. 试样在Ar 气体保护下, 加热至1 250 ℃,保持 60 min ,施加压力 60 MPa ,然后以 47.6 ℃·min -1 速度冷却至 580 ℃, 保温 20 min , 再以 50 ℃· min -1冷却至室温. 2 结果分析 2.1 钢的组织观察 取钢-氧化物接触界面部分研磨抛光, 用 4 % 硝酸酒精溶液浸蚀镜面, 采用光学显微镜和 SEM 观察界面组织并进行氧化物核心的成分分析 . 由图 2 表明 , 热压扩散法成功地导致氧化物 质点均匀分布在钢中 , 图中小黑点就是 CaO 颗 粒, 由于粒度不同 , 氧化物颗粒尺寸也显得不同. 如果把钢-氧化物接触面处组织放大后可以清楚 第 28 卷 第 4 期 2006 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.4 Apr.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.04.011