·888 北京科技大学学报 第35卷 二相粒子析出的平均晶粒尺寸得到有效细化.这是 phase equilibria between austenite and Nb,Ti,V)(C,N) 因为当C含量一定时，随着N含量的增加，k值 in microalloyed steels.ISIJ Int,2001,41(2):175 不断减小，k值越小，所形成的控制性元素N原 [2]Robson J D.Modelling the overlap of nucleation,growth 子比越高，即所形成的纳米粒子的熟化速度越低， and coarsening during precipitation.Acta Mater,2004, 所以最终的V(C,N)平均晶粒尺寸越低.对比理论 52(15):4669 计算与实际实验所测得析出相的平均晶粒尺寸，虽 [3 Robson J D.A new model for prediction of dispersoid pre- cipitation in aluminium alloys containing zirconium and 有一定的误差，这种误差和观察的区域有关，但也 scandium.Acta Mater,2004.52(6):1409 可以大致预测长时间保温后V(C,N)的平均晶粒尺 [4]Zajac S.Extended use of vanadium in a new generation 寸.理论计算预测的结果和实际测得结果有一定的 of flat rolled steels /International Seminar 2005 on Ap- 相关性. plication Technologies of Vanadium in Flat Rolled Steels. Suzhou,2005:52 表2不同氨含量对V(C,N)经熟化长大后颗粒尺寸的影响 [5]Yin G Q,Huang Z Y,Yang C F,et al.Effects of nitro- Table 2 Effect of nitrogen content on the particle size of gen content and TMCP on microstructure and mechanical V(C,N)after Ostwald ripening properties of VN micro-alloying steels.Heat Treat Met, 实验钢 m/(ams-1/3) /nm 2008,33(3):4 理论计算 实验测定 (伊桂全，黄贞益，杨才富，等.氮含量和TMCP对微合 2# 1.78 1.319 22.55 22.34 金V-N钢显微组织和力学性能的影响.金属热处理，2008， 3# 1.08 0.931 15.92 13.92 33(3):4) 4# 0.85 0.659 11.27 12.23 [6]Yang C F,Zhang Y Q.Applications of VN microalloying 3结论 technology in HSLA steels.Iron Steel,2002,37(11):42 (杨才福，张永权.钒氮微合金化技术在HSLA钢中的应 (1)N元素能明显细化铁素体的晶粒，N质 用.钢铁，2002,37(11)：42) 量分数分别为5.5×10-5、1.6×10-4、2.8×10-4、 [7]Medina S F,Gomez M,Rancel L.Grain refinement by 4.2×10-4时最终析出铁素体的平均尺寸分别为 intragranular nucleation of ferrite in a high nitrogen con- 12.1、7.0、5.9和4.7m.由此可以得出，随实验 tent vanadium microalloyed steel.Scripta Mater,2008 钢中N含量增加，制得最终产品中铁素体平均晶 58(12):1110 [8]Zajac S,Hutchinson B,Lagneborge R,et al.Ferrite grain 粒尺寸逐渐减小. refinement in seamless pipes through intragranular nucle- (2)通过对不同N含量的含钒钢的形核率-温度 ation on VN.Metall Ital,2009(2):39 曲线计算发现N元素能显著提高奥氏体区中的最 [9]Robson J D,Bhadeshia H.Modelling precipitation se- 大形核率温度区间，其区间的增大随钢中、含量的 quences in power plant steels:Part 1.Kinetic theory. 增加而增加，说明N含量的大量增加能让V(C,N) Mater Sci TechnoL 1997.13(8):631 在奥氏体不易析出成为可能.析出-温度-时间曲线 [10]Yong QL.Secondary Phases in Steels.Beijing:Metallur- 表明N含量能提高最快析出的鼻点温度，同时也 gical Industry Press,2006 能增大最快析出温度的温度区间，当、质量分数 (雍岐龙.钢铁材料中的第二相.。北京：冶金工业出版社， 2006) 由2.8×104增加到4.2×10-4时，这种最快析出温 [11]Lagneborg R,Siwecki T,Zajac S,et al.The role of vana- 度显著增加，可由890℃增加到968℃. dium in microalloyed steels.Scand J Metall,1999.28(5) (③)VN在奥氏体中的熟化速度随着k值的增 186 加而增大，即对Fe-V-C-N的合金钢，当C含量一 [12]Fang F,Yong Q L,Yang C F,et al.Precipitating kinet- 定时，增加N含量还可以有效降低第二相粒子析出 ics of V(C,N)in ferrite of V-N microalloying steel.Acta 后的熟化速率，从而有效抑制沉淀析出的第二相粒 Metall Sin,2009,45(5):625 子的熟化长大行为.通过计算不同氮含量下m值随 (方芳，雍岐龙，杨才福，等.V(C,N)在V-N微合金钢铁素 温度的变化，在一定程度上可以估算最终纳米粒子 体中的析出动力学.金属学报，2009,45(5)：625) 的平均尺寸. [13]Fang F.The Effects of Carbon and Nitrogen Contents on the Precipitation Behavior of V(C,N)in Steel [Disserta- tion].Beijing:Beijing General Research Institute for Iron 参考文献 and Steel,2009 (方芳.C、N含量对钢中V(C,N)析出行为的影响学位论 [1]Inoue K,Ishikawa N,Ohnuma I,et al.Calculation of 文.北京：钢铁研究总院，2009)· 888 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 二相粒子析出的平均晶粒尺寸得到有效细化. 这是 因为当 C 含量一定时，随着 N 含量的增加，k 值 不断减小，k 值越小，所形成的控制性元素 N 原 子比越高，即所形成的纳米粒子的熟化速度越低， 所以最终的 V(C,N) 平均晶粒尺寸越低. 对比理论 计算与实际实验所测得析出相的平均晶粒尺寸，虽 有一定的误差，这种误差和观察的区域有关，但也 可以大致预测长时间保温后 V(C,N) 的平均晶粒尺 寸. 理论计算预测的结果和实际测得结果有一定的 相关性. 表 2 不同氮含量对 V(C,N) 经熟化长大后颗粒尺寸的影响 Table 2 Effect of nitrogen content on the particle size of V(C,N) after Ostwald ripening 实验钢 k m/ ¯ (nm·s−1/3 ) r/¯ nm 理论计算 实验测定 2# 1.78 1.319 22.55 22.34 3# 1.08 0.931 15.92 13.92 4# 0.85 0.659 11.27 12.23 3 结论 (1) N 元素能明显细化铁素体的晶粒，N 质 量分数分别为 5.5×10−5、1.6×10−4、2.8×10−4、 4.2×10−4 时最终析出铁素体的平均尺寸分别为 12.1、7.0、5.9 和 4.7 µm. 由此可以得出，随实验 钢中 N 含量增加，制得最终产品中铁素体平均晶 粒尺寸逐渐减小. (2) 通过对不同 N 含量的含钒钢的形核率–温度 曲线计算发现 N 元素能显著提高奥氏体区中的最 大形核率温度区间，其区间的增大随钢中 N 含量的 增加而增加，说明 N 含量的大量增加能让 V(C,N) 在奥氏体不易析出成为可能. 析出–温度–时间曲线 表明 N 含量能提高最快析出的鼻点温度，同时也 能增大最快析出温度的温度区间，当 N 质量分数 由 2.8×10−4 增加到 4.2×10−4 时，这种最快析出温 度显著增加，可由 890 ℃增加到 968 ℃. (3) VN 在奥氏体中的熟化速度随着 k 值的增 加而增大，即对 Fe-V-C-N 的合金钢，当 C 含量一 定时，增加 N 含量还可以有效降低第二相粒子析出 后的熟化速率，从而有效抑制沉淀析出的第二相粒 子的熟化长大行为. 通过计算不同氮含量下 m 值随 温度的变化，在一定程度上可以估算最终纳米粒子 的平均尺寸. 参 考 文 献 [1] Inoue K, Ishikawa N, Ohnuma I, et al. Calculation of phase equilibria between austenite and ( Nb,Ti,V)(C,N) in microalloyed steels. ISIJ Int, 2001, 41(2): 175 [2] Robson J D. Modelling the overlap of nucleation, growth and coarsening during precipitation. Acta Mater, 2004, 52(15): 4669 [3] Robson J D. A new model for prediction of dispersoid pre￾cipitation in aluminium alloys containing zirconium and scandium. Acta Mater, 2004, 52(6): 1409 [4] Zajac S. Extended use of vanadium in a new generation of flat rolled steels // International Seminar 2005 on Ap￾plication Technologies of Vanadium in Flat Rolled Steels. Suzhou, 2005: 52 [5] Yin G Q, Huang Z Y, Yang C F, et al. Effects of nitro￾gen content and TMCP on microstructure and mechanical properties of VN micro-alloying steels. Heat Treat Met, 2008, 33(3): 4 (尹桂全, 黄贞益, 杨才富, 等. 氮含量和 TMCP 对微合 金 V-N 钢显微组织和力学性能的影响. 金属热处理, 2008, 33(3): 4) [6] Yang C F, Zhang Y Q. Applications of VN microalloying technology in HSLA steels. Iron Steel, 2002, 37(11): 42 (杨才福, 张永权. 钒氮微合金化技术在 HSLA 钢中的应 用. 钢铁, 2002, 37(11): 42) [7] Medina S F, G´omez M, Rancel L. Grain refinement by intragranular nucleation of ferrite in a high nitrogen con￾tent vanadium microalloyed steel. Scripta Mater, 2008, 58(12): 1110 [8] Zajac S, Hutchinson B, Lagneborge R, et al. Ferrite grain refinement in seamless pipes through intragranular nucle￾ation on VN. Metall Ital, 2009(2): 39 [9] Robson J D, Bhadeshia H. Modelling precipitation se￾quences in power plant steels: Part 1. Kinetic theory. Mater Sci Technol, 1997, 13(8): 631 [10] Yong Q L. Secondary Phases in Steels. Beijing: Metallur￾gical Industry Press, 2006 (雍岐龙. 钢铁材料中的第二相. 北京: 冶金工业出版社, 2006) [11] Lagneborg R, Siwecki T, Zajac S, et al. The role of vana￾dium in microalloyed steels. Scand J Metall, 1999, 28(5): 186 [12] Fang F, Yong Q L, Yang C F, et al. Precipitating kinet￾ics of V(C,N) in ferrite of V-N microalloying steel. Acta Metall Sin, 2009, 45(5): 625 (方芳, 雍岐龙, 杨才福, 等. V(C,N) 在 V-N 微合金钢铁素 体中的析出动力学. 金属学报, 2009, 45(5): 625) [13] Fang F. The Effects of Carbon and Nitrogen Contents on the Precipitation Behavior of V(C, N) in Steel [Disserta￾tion]. Beijing: Beijing General Research Institute for Iron and Steel, 2009 (方芳. C、N 含量对钢中 V(C,N) 析出行为的影响 [学位论 文]. 北京: 钢铁研究总院, 2009)