第7期 罗衍昭等：低碳Nb一Ti二元微合金钢析出过程的演变 ·781· 0.6a 1.2 一均匀形核 0.5 1.1 ---·位错形核 且1.0 30.4 一均匀形核 0.9 正0.3 -…位错形核 ě0.8 0.2 小ww 0.7 0.1 0.6 1073117312731373 1473 温度K 03173127313731473 温度K 图6不同形核方式条件下温度对临界形核功()和临界核心尺寸(b)的影响 Fig.6 Influences of temperature on eritical nucleation energy (a)and critical core size (b)under different nucleation conditions 形核、位错上形核的形核率随温度的变化一般均呈 温度(1073~1523K)下析出粒子进行热力学计算. 反C曲线的形式，即存在一最大形核率温度.由均 结果表明，随着温度的降低，固溶在奥氏体中Nb、 匀形核相对形核率公式计算得1273K时， Ti、C和N各组元的摩尔分数降低，析出相的平衡摩 -21.91448;1223K时，-21.69356；1173K时， 尔分数增大，析出相的体积自由能减小即析出化学 -21.6955;1123K时，-21.91887.由位错形核相 驱动力增大，在1073K时析出相的化学体积自由能 对形核率公式计算得1323K,-18.30666;1273K, 为-4.253×10-9Jm-3 -17.72016;1223K,-17.28541:1173K, (2)对低碳微合金钢析出粒子演变规律进行研 -17.02552:1123K,-16.92691:1073K, 究.析出粒子演变顺序为(Nba.sTia.s)(Ca.6Na)、 -17.01323.可得均匀及位错形核相对形核率温度 (Nb,Ti-)(C,NI)Nbo.sTio.s)(Co.s No.4), 分别约为1198K和1123K 用透射电镜观察及能谱分析得随温度降低T/Nb原 子的质量比由78/22逐渐下降到50/50，实验数据 1323 验证了这种析出模式，理论与实验结果吻合较好. 1273 随着温度降低，T/Nb逐渐减小，富T的析出物逐 兰 一均匀形核 1223 一位错形核 期 渐过渡至Nb-T均匀.在实际生产中，高温阶段 1173 (1473~1523K)时，析出是影响均热阶段奥氏体晶 1123 粒长大的最主要因素；随着温度的降低，碳氨化物继 1073 续析出为抑制奥氏体再结晶及再结晶后的奥氏体晶 -22-21 -20-19-18 相对形核率 粒长大的主要因素 图7不同位置处温度对形核相对速率的影响 (3)对均匀形核及位错处形核临界核心尺寸和 Fig.7 Influences of temperature on relative nucleation rate at differ- 相对形核速率进行了比较.在1073~1473K温度 ent sites 范围内，Nb、Ti氮碳化物沉淀析出的临界核心尺寸 位错上形核的形核率在1173~1073K温度范 在0.6~1.1nm的范围，位错线上形核临界核心尺 围内变化非常小.通过位错形核相对形核率公式计 寸在0.5~1.0nm范围内.针对本钢种在实际生产 算得1173K,-17.02552;1123K,-16.92691: 中，均匀形核、位错上形核的最大形核率即可获得最 1073K,-17.01323.且从曲率上可分析在该温度 细小的第二相尺寸温度分别约为1198K和1123K, 范围内形核率变化较小，即在该相当大的温度范围 在此温度下可以得到较好的析出强化效果. 内可以获得大的形核率，在该温度下保温使粒子沉 淀析出，可获得最为细小的粒子 考文献 4结论 [1]Hanzaki A Z,Hodgson P D,Yue S.Hot deformation characteris- tics of Si-Mn TRIP steels with and without Nb microalloy (1)建立模型方法对低碳二元微合金钢(Nb质 additions.ISIJ Int,1995,35 (3):324 量分数为0.023%，Ti质量分数为0.012%)在不同 [2]Sobral M D C,Mei P R,Kestenbach H J.Effect of carbonitride第 7 期 罗衍昭等: 低碳 Nb--Ti 二元微合金钢析出过程的演变 图 6 不同形核方式条件下温度对临界形核功( a) 和临界核心尺寸( b) 的影响 Fig． 6 Influences of temperature on critical nucleation energy ( a) and critical core size ( b) under different nucleation conditions 形核、位错上形核的形核率随温度的变化一般均呈 反 C 曲线的形式，即存在一最大形核率温度． 由均 匀形核相对形核率公式计算得 1 273 K 时， － 21. 914 48; 1 223 K 时，－ 21. 693 56; 1 173 K 时， － 21. 695 5; 1 123 K 时，－ 21. 918 87． 由位错形核相 对形核率公式计算得 1 323 K，－ 18. 306 66; 1 273 K， － 17. 720 16; 1 223 K，－ 17. 285 41; 1 173 K， － 17. 025 52; 1 123 K， － 16. 926 91; 1 073 K， － 17. 013 23． 可得均匀及位错形核相对形核率温度 分别约为 1 198 K 和 1 123 K． 图 7 不同位置处温度对形核相对速率的影响 Fig． 7 Influences of temperature on relative nucleation rate at differ￾ent sites 位错上形核的形核率在 1 173 ～ 1 073 K 温度范 围内变化非常小． 通过位错形核相对形核率公式计 算得 1 173 K，－ 17. 025 52; 1 123 K，－ 16. 926 91; 1 073 K，－ 17. 013 23． 且从曲率上可分析在该温度 范围内形核率变化较小，即在该相当大的温度范围 内可以获得大的形核率，在该温度下保温使粒子沉 淀析出，可获得最为细小的粒子． 4 结论 ( 1) 建立模型方法对低碳二元微合金钢( Nb 质 量分数为 0. 023% ，Ti 质量分数为 0. 012% ) 在不同 温度( 1 073 ～ 1 523 K) 下析出粒子进行热力学计算． 结果表明，随着温度的降低，固溶在奥氏体中 Nb、 Ti、C 和 N 各组元的摩尔分数降低，析出相的平衡摩 尔分数增大，析出相的体积自由能减小即析出化学 驱动力增大，在 1 073 K 时析出相的化学体积自由能 为 － 4. 253 × 10 － 9 J·m － 3 ． ( 2) 对低碳微合金钢析出粒子演变规律进行研 究． 析出粒子演变顺序为( Nb0. 15Ti0. 85 ) ( C0. 16N0. 84 ) 、 ( NbxTi1 － x ) ( CyN1 － y ) 和( Nb0. 5 Ti0. 5 ) ( C0. 56 N0. 44 ) ，利 用透射电镜观察及能谱分析得随温度降低 Ti /Nb 原 子的质量比由 78 /22 逐渐下降到 50 /50，实验数据 验证了这种析出模式，理论与实验结果吻合较好． 随着温度降低，Ti /Nb 逐渐减小，富 Ti 的析出物逐 渐过渡至 Nb--Ti 均 匀． 在 实 际 生 产 中，高 温 阶 段 ( 1 473 ～ 1 523 K) 时，析出是影响均热阶段奥氏体晶 粒长大的最主要因素; 随着温度的降低，碳氮化物继 续析出为抑制奥氏体再结晶及再结晶后的奥氏体晶 粒长大的主要因素． ( 3) 对均匀形核及位错处形核临界核心尺寸和 相对形核速率进行了比较． 在 1 073 ～ 1 473 K 温度 范围内，Nb、Ti 氮碳化物沉淀析出的临界核心尺寸 在 0. 6 ～ 1. 1 nm 的范围，位错线上形核临界核心尺 寸在 0. 5 ～ 1. 0 nm 范围内． 针对本钢种在实际生产 中，均匀形核、位错上形核的最大形核率即可获得最 细小的第二相尺寸温度分别约为 1 198 K 和 1 123 K， 在此温度下可以得到较好的析出强化效果． 参 考 文 献 ［1］ Hanzaki A Z，Hodgson P D，Yue S． Hot deformation characteris￾tics of Si-Mn TRIP steels with and without Nb microalloy additions． ISIJ Int，1995，35( 3) : 324 ［2］ Sobral M D C，Mei P R，Kestenbach H J． Effect of carbonitride ·781·