,886 北京科技大学学报 第35卷 表示均匀形核)为与r和t无关的常数，σ为第二 nms-1/3、1.319nms-1/3、0.931nms-1/3和0.659 相与基体之间的比界面能，V为第二相的摩尔体 nm.s-1/3 积，D为控制性元素的扩散系数，C%为溶质原子在 3.5 基体中的平衡浓度，B为溶质元素的摩尔体积，Cp 3.0 为控制性元素在第二相中的平衡浓度，R为摩尔气 体常数 2.5 mm 因为本文中大梁钢中N含量均较高，故先计 2.0 算VN在奥氏体中的熟化速率规律，k为1#~4#钢 1.5 中V和N的化学成分偏离理想化学配比的程 度，1#4#钢的k值分别为4.90、1.78、1.08和0.85. 系1.0 图4为不同N含量下VN在奥氏体中的熟化速率m 0.5 随温度的变化曲线.由图4可看出，不论氮含量的多 0.0 8008509009501000105011001150120012501300 少，随着温度的降低，VN在奥氏体中的熟化速率不 温度/℃ 断减少.这是因为熟化速率主要受溶质元素V的扩 图4不同N含量下温度对VN在奥氏体中的熟化速率m 散的影响，而V的扩散速率是温度的函数.另外，随 的影响 着N含量的增加，VN在奥氏体中的熟化速率不断 Fig.4 Effect of temperature on the ripening rate m of VN 减少.因此当钢中C含量一定时，N含量增加可以 in austenite with different nitrogen contents 减少k值，使VN熟化速率不断降低.综上所述，N 2.4氨含量对V(C,N)析出行为和熟化行为的影响 含量的增加不仅在一定程度上可以促进V(C,N)的 析出，也可以使沉淀析出的V(C,N)颗粒熟化速率 为了定性定量分析本实验中不同氮含量对最 降低，从而使V(C,N)颗粒的尺寸维持在10nm范围 终析出物的析出行为的影响，采用双喷离子减薄并 内，提供强烈的沉淀强化作用.由计算提供的数据， 结合碳复型萃取法来观察析出物的大小和形貌.因 当沉淀析出温度在800~1200℃之间时，1#~4#钢 1#试样的析出物较少，所以主要观察了2#~4#钢 的VN平均熟化速率分别为0.828nms-1/3、0.779 析出颗粒的形貌和尺寸.图5为2#~4#实验钢的析 nms-1/3、0.709nms-1/3和0.659nms-1/3.按 出物扫描电镜像.由图5可以看出本文轧制工艺下 照相同方法，可算出VC在800~1200℃之间， 第二相粒子V(C,N)的析出主要形核方式是位错析 C质量分数为1%，k=0.259时的平均熟化速率为 出，同时夹杂有一定的晶界析出.位错析出多发生 1.858nms-1/3.结合图2的结果，采用线性内插法， 在铁素体晶界处和铁素体晶粒内.由图同样可以看 计算得到1#~4#钢的平均熟化速率分别为1.858 出N含量的高低并不影响V(C,N)析出的位置. 位错析 100 nm 100 nm 图5不同氨含量下实验钢的析出物扫描电镜像.(a)2#;(b)3#:(c)4# Fig.5 SEM images of the tested steels with different nitrogen contents:(a)2#;(b)3#;(c)4# 图6(a)~(c)为在2#~4#复型萃取试样在透射 响.为研究N含量对熟化行为的影响，对于铁素 电镜下纳米粒子的观察结果，图6(d)~(e)分别为 体中析出的细小颗粒予以忽略，并对其中稍大的 4#钢中较大纳米粒子颗粒的衍射图和其能谱图.图 颗粒的尺寸进行统计.统计结果为：2#钢中（氮质 6显示了氨含量对V(C,N)析出物尺寸和形貌的影 量分数为1.6×10-4)V(C,N)析出物的粒度分布多· 886 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 表示均匀形核) 为与 r 和 t 无关的常数，σ 为第二 相与基体之间的比界面能，Vp 为第二相的摩尔体 积，D 为控制性元素的扩散系数，C0 为溶质原子在 基体中的平衡浓度，VB 为溶质元素的摩尔体积，Cp 为控制性元素在第二相中的平衡浓度，R 为摩尔气 体常数. 因为本文中大梁钢中 N 含量均较高，故先计 算 VN 在奥氏体中的熟化速率规律，k 为 1#∼4#钢 中 V 和 N 的化学成分偏离理想化学配比的程 度，1#∼4#钢的 k 值分别为 4.90、1.78、1.08 和 0.85. 图 4 为不同 N 含量下 VN 在奥氏体中的熟化速率 m 随温度的变化曲线. 由图 4 可看出，不论氮含量的多 少，随着温度的降低，VN 在奥氏体中的熟化速率不 断减少. 这是因为熟化速率主要受溶质元素 V 的扩 散的影响，而 V 的扩散速率是温度的函数. 另外，随 着 N 含量的增加，VN 在奥氏体中的熟化速率不断 减少. 因此当钢中 C 含量一定时，N 含量增加可以 减少 k 值，使 VN 熟化速率不断降低. 综上所述，N 含量的增加不仅在一定程度上可以促进 V(C,N) 的 析出，也可以使沉淀析出的 V(C,N) 颗粒熟化速率 降低，从而使 V(C,N) 颗粒的尺寸维持在 10 nm 范围 内，提供强烈的沉淀强化作用. 由计算提供的数据， 当沉淀析出温度在 800∼1200 ℃之间时，1#∼4#钢 的 VN 平均熟化速率分别为 0.828 nm·s −1/3、0.779 nm·s −1/3、0.709 nm·s −1/3 和 0.659 nm·s −1/3 . 按 照相同方法，可算出 VC 在 800∼1200 ℃之间， C 质量分数为 1%，k=0.259 时的平均熟化速率为 1.858 nm·s −1/3 . 结合图 2 的结果，采用线性内插法， 计算得到 1#∼4#钢的平均熟化速率分别为 1.858 nm·s −1/3、1.319 nm·s −1/3、0.931 nm·s −1/3 和 0.659 nm·s −1/3 . 图 4 不同 N 含量下温度对 VN 在奥氏体中的熟化速率 m 的影响 Fig.4 Effect of temperature on the ripening rate m of VN in austenite with different nitrogen contents 2.4 氮含量对 V(C,N) 析出行为和熟化行为的影响 为了定性定量分析本实验中不同氮含量对最 终析出物的析出行为的影响，采用双喷离子减薄并 结合碳复型萃取法来观察析出物的大小和形貌. 因 1#试样的析出物较少，所以主要观察了 2#∼4#钢 析出颗粒的形貌和尺寸. 图 5 为 2#∼4#实验钢的析 出物扫描电镜像. 由图 5 可以看出本文轧制工艺下 第二相粒子 V(C,N) 的析出主要形核方式是位错析 出，同时夹杂有一定的晶界析出. 位错析出多发生 在铁素体晶界处和铁素体晶粒内. 由图同样可以看 出 N 含量的高低并不影响 V(C,N) 析出的位置. 图 5 不同氮含量下实验钢的析出物扫描电镜像. (a) 2#; (b) 3#; (c) 4# Fig.5 SEM images of the tested steels with different nitrogen contents: (a) 2#; (b) 3#; (c) 4# 图 6(a)∼(c) 为在 2#∼4#复型萃取试样在透射 电镜下纳米粒子的观察结果，图 6(d)∼(e) 分别为 4#钢中较大纳米粒子颗粒的衍射图和其能谱图. 图 6 显示了氮含量对 V(C,N) 析出物尺寸和形貌的影 响. 为研究 N 含量对熟化行为的影响，对于铁素 体中析出的细小颗粒予以忽略，并对其中稍大的 颗粒的尺寸进行统计. 统计结果为：2#钢中 (氮质 量分数为 1.6×10−4 ) V(C,N) 析出物的粒度分布多