田星等：CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为 ·45 在高强钢中也观察到椭球形的Ti(C,N)粒子.这 接近，所以它们之间能相互固溶，形成连续性固溶体即 是由于碳化物与氮化物的晶体结构相同而且点阵常数 碳氮化钛，如图5所示. Cu TIC.N 0.5m 0 10 1520 25 30 35 能量eV 图5高强钢中Ti(C,N)析出粒子的形貌(a)及能谱(b) Fig.5 TEM image and EDS spectrum of Ti(C,N)particles in the high-trength steel S可以和钢中Ti形成TS或者Ti,C,S2·两种析出 -200 物在奥氏体中形成的相变自由能可表示为 -300 △G7s=-278+0.049T, (2) -400 △G%gs=-1171+0.230T. (3) -500 式中：△G和△Gcs,分别表示TiS和Ti,C,S,在奥氏体 -600 中的相变自由能，J小·mol-;T为温度，K.根据公式绘制 -700 TiCS 了不同温度下TS和Ti4C,S,的吉布斯自由能曲线，如 800 图6.从图6中可以看出，Ti,C,S2处于更低的能量状 900 态，Ti,C,S,的相变驱动力远大于TiS.因此，在奥氏体 中形成Ti的硫化物主要以Ti,C,S,的形式存在. 10001100120013001400150016001700 温度/K 在两种实验钢中，均存在少量TiC,S2,尺寸有 图6不同温度下TS和Ti:C2S2在奥氏体中的吉布斯自由能 40~700nm不等，形状较为不规则，有球形和棒形. Fig.6 Gibbs free energy of forming TiS and TiC2S2 in austenite 图7为2高强钢中Ti,C,S2的形貌.在图7中，能谱分 析测得Ti和S元素的质量分数分别为65%和19%，将 由于钢中钛与硫的结合性强于锰，钢中添加适量的微 半定量的结果转化为两种元素的原子数比T/S为 合金元素Ti,会消耗钢中硫，削弱钢中长条状的MnS 0.54,通过前文分析可以推断图中棒形粒子为Ti,C,S2· 对带钢横向冲击韧性的影响. b Cr 05m 0 5 10 1520 2530 35 能量keV 图7高强钢中TiCS2析出粒子的形貌(a)及能谱(b) Fig.7 TEM image (a)and EDS spectrum (b)of TiCaS2 particles in the high-strength steel 2.4第二相粒子的定量分析 示.结果表明两种高强钢中第二相析出粒子有 采用透射电镜观察可以清楚地看出不同类型析出 Ti(C,N)、TiC、TiN、Ti,C,S2,TiC、AlN等，由于AlN粒 粒子的尺寸及形貌，但难以定量分析第二相粒子的析 子含量非常少，因而在透射电镜难于观察到，两种高 出情况：物理化学相分析技术可以弥补上述不足，对析 强钢第二相析出均以T的碳氮化物为主，其中1高 出物的结构、粒度分布和质量分数作出定量分析. 强钢碳氮化物析出相结构组成式为(Ti。:Nb。.） 两种高强钢进行物理化学相分析结果如表3所 (Ca52N。6s）,2高强钢碳氮化物析出相结构组成式田 星等: CSP 流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为 在高强钢中也观察到椭球形的 Ti( C，N) 粒子． 这 是由于碳化物与氮化物的晶体结构相同而且点阵常数 接近，所以它们之间能相互固溶，形成连续性固溶体即 碳氮化钛，如图 5 所示． 图 5 高强钢中 Ti( C，N) 析出粒子的形貌( a) 及能谱( b) Fig． 5 TEM image and EDS spectrum of Ti( C，N) particles in the high-strength steel S 可以和钢中 Ti 形成 TiS 或者 Ti4C2 S2 ． 两种析出 物在奥氏体中形成的相变自由能可表示［11］为 ΔGγ TiS = － 278 + 0. 049T， ( 2) ΔGγ Ti4C2S2 = － 1171 + 0. 230T． ( 3) 式中: ΔGγ TiS和 ΔGγ Ti4C2S2 分别表示 TiS 和 Ti4C2 S2在奥氏体 中的相变自由能，J·mol － 1 ; T 为温度，K． 根据公式绘制 了不同温度下 TiS 和 Ti4 C2 S2的吉布斯自由能曲线，如 图 6． 从图 6 中可以看出，Ti4 C2 S2 处于更低的能量状 态，Ti4C2 S2的相变驱动力远大于 TiS． 因此，在奥氏体 中形成 Ti 的硫化物主要以 Ti4C2 S2的形式存在． 在两 种 实 验 钢 中，均 存 在 少 量 Ti4 C2 S2，尺寸 有 40 ～ 700 nm不 等，形 状 较 为 不 规 则，有 球 形 和 棒 形． 图 7 为2# 高强钢中 Ti4 C2 S2的形貌． 在图 7 中，能谱分 析测得 Ti 和 S 元素的质量分数分别为 65% 和 19% ，将 半定量 的 结 果 转 化 为 两 种 元 素 的 原 子 数 比 Ti / S 为 0. 54，通过前文分析可以推断图中棒形粒子为 Ti4C2 S2 ． 图 6 不同温度下 TiS 和 Ti4C2 S2在奥氏体中的吉布斯自由能 Fig． 6 Gibbs free energy of forming TiS and Ti4C2 S2 in austenite 由于钢中钛与硫的结合性强于锰，钢中添加适量的微 合金元素 Ti，会消耗钢中硫，削弱钢中长条状的 MnS 对带钢横向冲击韧性的影响． 图 7 高强钢中 Ti4C2 S2析出粒子的形貌( a) 及能谱( b) Fig． 7 TEM image ( a) and EDS spectrum ( b) of Ti4C2 S2 particles in the high-strength steel 2. 4 第二相粒子的定量分析 采用透射电镜观察可以清楚地看出不同类型析出 粒子的尺寸及形貌，但难以定量分析第二相粒子的析 出情况; 物理化学相分析技术可以弥补上述不足，对析 出物的结构、粒度分布和质量分数作出定量分析． 两种高强钢进行物理化学相分析结果如表 3 所 示． 结果表明两种高强钢中 第二相析出粒子有 Ti( C，N) 、TiC、TiN、Ti4C2 S2、TiC、AlN 等，由于 AlN 粒 子含量非常少，因而在透射电镜难于观察到，两种高 强钢第二相析出均以 Ti 的碳氮化物为主，其中 1# 高 强钢碳氮 化 物 析 出 相 结 构 组 成 式 为 ( Ti0. 993 Nb0. 007 ) ( C0. 532N0. 468 ) ，2# 高强钢碳氮化物析出相结构组成式 · 54 ·