第7期 黄耀等：汽车大梁钢中第二相粒子析出行为 ,885· 0.8 明显减小14.形核率-温度曲线表明当N质量分数 0.7 1# 大于1.6×10-4时，在900700℃的温度范围内，其 -2# 最大形核率随温度的变化较小，即在较大温度范围 0.5 内，V(C,N)具有最大形核率，而且随着N的增加， 0.4F 最大形核率的温度区间呈不断增加的趋势，但当N 0.3 质量分数增至2.8×10-4后，最大形核率的温度区 0.2 间范围增大的幅度变小 >0.1 图3b)为位错线上的相变动力学曲线（即 0.0 700 750 800 850900 9501000 析出-温度-时间曲线).从析出一温度-时间曲线可 温度/℃ 知：1#~4#钢奥氏体区中的最快析出温度（鼻点温 图2V(Cx,N1-x)中C的占位分数x与温度的关系 度)分别为840、866、890和968℃，且随着氮含量的 Fig.2 Relationship between the site fraction x of C in 增加，这种最快析出的温度的范围增大，即在一个 V(CN1-)and temperature 较大的温度区间内，V(C,N)均可以以最快的速度析 出：当N质量分数达到2.8×10-4时，N含量对析出 考虑到实际轧制过程中的最终轧制压下量为 动力学的影响明显小于N质量分数为1.6×10-4及 20%,且含钒钢在较高温下形变容易发生再结晶，所 5.5×10-5时对动力学的影响.总体来说，N含量的 以在计算其热动力学时需考虑形变储能的影响，其 不断增加会增加析出量，只是这种增加的趋势随N 值粗略估计为1910Jmol-1o,其理论的计算结果 含量的增加而减少，直至“饱和”.我们知道，V(C,N) 如图3所示.图3(a)为位错线上相对形核率随着沉 在奥氏体中的析出量较少，主要在铁素体中大量析 淀温度的变化曲线.由图可知、含量的增加可以增 出，与Nb、Ti相比具有最强的沉淀强化作用，如 加V(C,N)在奥氏体中的析出动力学，当N质量分 果提高N含量和施加一定的形变量，可以促进部 数为5.5×10-5时其形核率-温度曲线为反S形状. 分V(C,N)在奥氏体中的析出，起到细晶强化作用， 这是由于x值迅速增大（图2），V(C,N)的析出驱动 改善钢的韧性，剩余部分V(C,N)在铁素体中析出， 力曲线形状改变，随温度的降低驱动力增大的速率 提供沉淀强化的作用[12. 1000 1000 960 一1# 960 2# 920 -3# 920 4# 880 -4# 留 880 840 840 800 800 760 760 720 720 -35 -30 -25 -20 -15 20 253035 40 Ig(1/K)a g(toaa/to (a) (b) 图3N含量对位错形核下V(C,N)的形核率-温度曲线()和析出-温度-时间曲线(b)的影响 Fig.3 Effects of nitrogen content on the NrT (a)and PTT(b)curves of V(C,N)in dislocation nucleation 2.3第二相粒子的熟化规律 .1/3 4CDHt 8oVBDCot 1/3 =o1+ 雍岐龙等5-16在Ostwald熟化过程的普适微 9 9VBCPRTTO (5) 分方程及其解析解方面做了深入研究，使相关理论 更加系统化，同时还由此明确得到界面反应控制条 =+m (6) 件下在晶界上或在位错线上存在的第二相颗粒熟化 式中，和为均匀临界形核的沉淀相平均直径，为 过程的t3或/4规律，其沉淀析出相的尺寸计算 溶质元素扩散t时间后沉淀相平均颗粒直径，m为 可表示为 熟化速率，CDH(下标中D表示扩散控制的方式，H第 7 期 黄 耀等：汽车大梁钢中第二相粒子析出行为 885 ·· 图 2 V(Cx,N1−x) 中 C 的占位分数 x 与温度的关系 Fig.2 Relationship between the site fraction x of C in V(CxN1−x) and temperature 考虑到实际轧制过程中的最终轧制压下量为 20%，且含钒钢在较高温下形变容易发生再结晶，所 以在计算其热动力学时需考虑形变储能的影响，其 值粗略估计为 1910 J·mol−1[10]，其理论的计算结果 如图 3 所示. 图 3(a) 为位错线上相对形核率随着沉 淀温度的变化曲线. 由图可知 N 含量的增加可以增 加 V(C,N) 在奥氏体中的析出动力学，当 N 质量分 数为 5.5×10−5 时其形核率–温度曲线为反 S 形状. 这是由于 x 值迅速增大 (图 2)，V(C,N) 的析出驱动 力曲线形状改变，随温度的降低驱动力增大的速率 明显减小 [14] . 形核率–温度曲线表明当 N 质量分数 大于 1.6×10−4 时，在 900∼700 ℃的温度范围内，其 最大形核率随温度的变化较小，即在较大温度范围 内，V(C,N) 具有最大形核率，而且随着 N 的增加， 最大形核率的温度区间呈不断增加的趋势，但当 N 质量分数增至 2.8×10−4 后，最大形核率的温度区 间范围增大的幅度变小. 图 3(b) 为位错线上的相变动力学曲线 (即 析出–温度–时间曲线). 从析出–温度–时间曲线可 知：1#∼4#钢奥氏体区中的最快析出温度 (鼻点温 度) 分别为 840、866、890 和 968 ℃，且随着氮含量的 增加，这种最快析出的温度的范围增大，即在一个 较大的温度区间内，V(C,N) 均可以以最快的速度析 出；当 N 质量分数达到 2.8×10−4 时，N 含量对析出 动力学的影响明显小于 N 质量分数为 1.6×10−4 及 5.5×10−5 时对动力学的影响. 总体来说，N 含量的 不断增加会增加析出量，只是这种增加的趋势随 N 含量的增加而减少，直至 “饱和”. 我们知道，V(C,N) 在奥氏体中的析出量较少，主要在铁素体中大量析 出，与 Nb、Ti 相比具有最强的沉淀强化作用，如 果提高 N 含量和施加一定的形变量，可以促进部 分 V(C,N) 在奥氏体中的析出，起到细晶强化作用， 改善钢的韧性，剩余部分 V(C,N) 在铁素体中析出， 提供沉淀强化的作用 [12] . 图 3 N 含量对位错形核下 V(C,N) 的形核率–温度曲线 (a) 和析出–温度–时间曲线 (b) 的影响 Fig.3 Effects of nitrogen content on the NrT (a) and PTT (b) curves of V(C,N) in dislocation nucleation 2.3 第二相粒子的熟化规律 雍岐龙等 [15−16] 在 Ostwald 熟化过程的普适微 分方程及其解析解方面做了深入研究，使相关理论 更加系统化，同时还由此明确得到界面反应控制条 件下在晶界上或在位错线上存在的第二相颗粒熟化 过程的 t 1/3 或 t 1/4 规律，其沉淀析出相的尺寸计算 可表示为 r¯t = ¯r0 µ 1+ 4CDHt 9¯r 3 0 ¶1/3 = ¯r0 µ 1+ 8σV 2 PDC0t 9VBCPRTr¯ 3 0 ¶1/3 , (5) r¯ 3 t = ¯r 3 0 + m3 t. (6) 式中，r¯0 为均匀临界形核的沉淀相平均直径，r¯t 为 溶质元素扩散 t 时间后沉淀相平均颗粒直径，m 为 熟化速率，CDH(下标中 D 表示扩散控制的方式，H