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