吴丹等：钒对高铁制动盘钢中碳化物析出及力学性能的影响 71· (a） 原奥氏体晶界 板条束 5 um 5um d 5um 图3实验钢淬回火态的扫描电镜形貌.(a)1-900℃：(b)2年-900℃：(c)3#-900℃：(d)1#-940℃ Fig.3 Microstructures of the tested steel after being quenched,and tempered processes:(a)1t-900℃；(b)2*-9O0℃；(c)3#-9O0℃；(d) 1-940℃ 对比图4(a)~(c)可见，随着钒含量增加， 相主要为V(C,N),其他碳化物都已溶解，提高淬火 V(C,N)的析出温度和析出量都不断增大，即V(C, 温度促使更多V及C元素溶解到基体中.通过 N)更加稳定，具有更好的细化晶粒效果.因此实验 Thermo--Calc软件对实验钢在850~950℃时奥氏体 钢的平均奥氏体晶粒尺寸随钒含量增加显著降低 中固溶钒含量进行了计算，如图5所示.随着温度 (图2(d)).同样地，提高钒含量促使(Mo,V)C的 升高，1"钢中固溶钒含量平缓增加，而2"钢和3钢 析出量增加，如在650℃时，1"钢中(Mo,V)C摩尔 都急剧增加，其中3钢变化更大.如对于1钢，温度 分数为3.0×10-3，而3钢中为1.6×10-2.而对于 从880℃升到940℃时，固溶钒的质量分数从 M2C和M,C3,随着钒含量增加，其总量降低，如1 0.075%增至0.096%，仅提高0.021%：而对于2"钢 钢中M2C,和M,C,的总析出量在650℃时为4.9× 和3"钢，从880℃升到940℃时，固溶钒的质量分数 10-2,2*钢中为2.8×102,3钢中为1.2×10-2.故 分别提高0.090%和0.105%.因此在较高的淬火 增加钒含量促进V(C,N)和(Mo,V)C析出，抑制 温度时，2钢和3"钢中奥氏体固溶大量钒元素，从而 MaC6和M,C,的生成 在回火过程析出大量的(Mo,V)C,起到显著的强化 从平衡相图中可以看出，实验钢中淬火态析出 效果 10 10 10 (b) y 109 109 109 10MC 心 10 M.Cs 10 M.C, (Mo.VC (Mo.VC 10 V(C.N) 10 V(C.N) 10(Mo.V)C M.C M.C. V(C.N) 103 10- M.Cs MnS MnS MnS 10 10 10 10 0 10- 40D 600 800 I000 1200 A 400 60D 800 1000 1200 400 6D0 800 100D 1200 温度℃ 温度℃ 温度℃ 图4实验钢在400~1200℃时的平衡相图.(a)1钢：(b)2*钢：(c)3*钢 Fig.4 Equilibrium phase diagrams of tested steels at 400-1200 C:(a)steel 1*;(b)steel 2*;(c)steel 3*吴 丹等: 钒对高铁制动盘钢中碳化物析出及力学性能的影响 图 3 实验钢淬回火态的扫描电镜形貌. (a) 1 # - 900 益 ;(b) 2 # - 900 益 ;(c) 3 # - 900 益 ;(d) 1 # - 940 益 Fig. 3 Microstructures of the tested steel after being quenched, and tempered processes: (a) 1 # - 900 益 ; (b) 2 # - 900 益 ; (c) 3 # - 900 益 ; (d) 1 # - 940 益 对比图 4 ( a) ~ ( c) 可见,随着钒含量增加, V(C,N)的析出温度和析出量都不断增大,即 V(C, N)更加稳定,具有更好的细化晶粒效果. 因此实验 钢的平均奥氏体晶粒尺寸随钒含量增加显著降低 (图 2(d)). 同样地,提高钒含量促使(Mo,V)C 的 析出量增加,如在 650 益 时,1 #钢中(Mo,V) C 摩尔 分数为 3郾 0 伊 10 - 3 ,而 3 #钢中为 1郾 6 伊 10 - 2 . 而对于 M23C6和 M7C3 ,随着钒含量增加,其总量降低,如 1 # 钢中 M23C6和 M7C3的总析出量在 650 益 时为 4郾 9 伊 图 4 实验钢在 400 ~ 1200 益时的平衡相图. (a)1 #钢;(b)2 #钢;(c)3 #钢 Fig. 4 Equilibrium phase diagrams of tested steels at 400鄄鄄1200 益 : (a) steel 1 # ; (b) steel 2 # ; (c) steel 3 # 10 - 2 ,2 #钢中为 2郾 8 伊 10 - 2 ,3 #钢中为 1郾 2 伊 10 - 2 . 故 增加钒含量促进 V(C,N) 和(Mo,V) C 析出,抑制 M23C6和 M7C3的生成. 从平衡相图中可以看出,实验钢中淬火态析出 相主要为 V(C,N),其他碳化物都已溶解,提高淬火 温度促使更多 V 及 C 元素溶解到基体中. 通过 Thermo鄄鄄Calc 软件对实验钢在 850 ~ 950 益时奥氏体 中固溶钒含量进行了计算,如图 5 所示. 随着温度 升高,1 #钢中固溶钒含量平缓增加,而 2 #钢和 3 #钢 都急剧增加,其中 3 #钢变化更大. 如对于 1 #钢,温度 从 880 益 升 到 940 益 时, 固 溶 钒 的 质 量 分 数 从 0郾 075% 增至 0郾 096% ,仅提高 0郾 021% ;而对于 2 #钢 和 3 #钢,从 880 益升到 940 益时,固溶钒的质量分数 分别提高 0郾 090% 和 0郾 105% . 因此在较高的淬火 温度时,2 #钢和 3 #钢中奥氏体固溶大量钒元素,从而 在回火过程析出大量的(Mo,V)C,起到显著的强化 效果. ·71·