孙晓林等：高温时H13钢中初生碳氮化物的分解研究 ·725· 化物由边部向内逐步分解粒化的过程，形成的小颗粒 100 100 仍保持初始碳氨化物的形貌，小颗粒逐渐溶解使初生 田原始态 83 碳氨化物尺寸减小并消失，此时长条状碳氨化物基本 ☑1250℃×5h 80 目1250℃×10h 70 完全分解.1250℃×5h时87%的碳氨化物发生分解， 1250℃×15h 60 见表4，远高于1200℃×10h时的分解比例，且51%碳 氨化物达到了完全分解，如图4(e)中碳氨化物内部由 40 完整致密的结构转变为“渔网”状，36%的碳氨化物发 30 30 生部分分解，边部分解形成细小的“葡萄”状小颗粒， 17 44 9 如图4()仅在碳氨化物的边部发生分解.少量碳氨 脚2 2 化物未发生分解，以尺寸10um以下的方形或近方形 1.0-2.4 2.5-4.44.5-6.46.5-8.48.5-10.4 长宽比 碳氨化物为主，如图4(g)中未分解的方形碳氮化物中 图51250℃保温后碳氨化物的长宽比变化 存在黑色的核心，而此核心为氧化物，这将在后文中 Fig.5 Aspect ratio variation of carbonitrides after treatment at 1250 说明. ℃ 表41250℃不同保温时间时初生碳氨化物分解比例 表51200℃保温时碳氨化物尺寸变化 Table 4 Decomposition ratio of carbonitrides being soaked at 1250 C Table 5 Size of carbonitrides after being held at 1200 C for different for different holding time % periods of time 保温5h 保温10h 保温15h 试样 平均长度/μm 最大长度/μm 部分 完全 部分 完全 部分 完全 分解率分解率分解率分解率分解率分解率 原始态 21.3 6 36 53 40 25 50 1200℃×2.5h 17.7 28 1200℃×5h 15.6 26 经1250℃×10h保温后初生碳氮化物数量大幅 1200℃×10h 12.9 29 减少，长条状碳氮化物基本完全消失，方形碳氮化物分 解，由表4可知发生分解的碳氨化物数量达93%，其 保温温度提高至1250℃时，碳氨化物分解明显， 中40%的碳氮化物完全分解.当1250℃保温15h后 尺寸发生显著变化.如图6所示，经1250℃×5h高温 很难发现碳氨化物，此时发生分解的颗粒数量占 后，56%的碳氨化物长度介于5~10um,仅7%在16~ 75%,有50%的碳氨化物完全分解，形貌如图4()所 20m之间，大部分发生分解，未发现20um以上的碳 示.1250℃保温15h时，分解的碳氨化物比例小于5h 氨化物，平均长度为11.2um,比1200℃×10h时碳氨 和10h保温时的比例，说明此时主要以溶解反应为 化物尺寸更小，同时长条状仅占14%.1250℃保温 主，分解后的小颗粒溶解进入基体，留下部分难分解的 10h后，10μm以上的碳氮化物消失，50%碳氮化物长 方形粒子，如图4()中存在形核核心的初生碳氨化物 度介于6.5~8.4um之间，15h后粒子尺寸进一步减 较难分解.根据图5可知，随1250℃保温时间延长，碳 小，3.5~6.4μm尺寸占50%，与保温10h相比，8.5~ 氮化物的长宽比降低，形貌由长条状为主向方形转变， 10.4μm的碳氨化物溶解消失，平均长度仅为6.5um, 保温15h后长条状碳氮化物完全消失，说明长条状碳 碳氨化物尺寸进一步下降. 氨化物更易分解. 2.4高温时初生碳氮化物成分变化 2.3高温时初生碳氨化物尺寸变化 2.4.11200℃保温时碳氮化物成分 对碳氨化物粒子尺寸统计，原始态大部分长度在 利用扫描电镜对1200℃×5h试样进行分析，发 10~25μm之间，部分达到30μm以上.1200℃×2.5h 现如图7中方形或近方形的(Ti,V,)(C,N-,)边 后大部分长度介于15~20m,部分长条状碳化物达 缘发生分解，图7(：)中的分解小颗粒仍与原始初生碳 到25~30μm,平均长度为17.7m,碳化物数量略有 氨化物紧密连接，图7(b)碳氨化物周围形成0.1~0.5m 减少.延长保温时间到5h后，平均长度减为15.6μm, 分解小颗粒，小颗粒相互分离并沿原始形貌排列.在 最长为26um.当1200℃×10h保温后，大部分长度介 部分(Ti,V,-)(C,N,-,)碳氨化物芯部存在着AL,03 于6~12μm,平均为12.9μm,最长仍可达到29um,如 和Mg0·AL,0,氧化物核心，分解后的碳氮化物与表2 表5所示，但大尺寸数量显著降低 相比，1200℃保温后(Ti,V,-:)(C,N,-)中Fe含量孙晓林等: 高温时 H13 钢中初生碳氮化物的分解研究 化物由边部向内逐步分解粒化的过程,形成的小颗粒 仍保持初始碳氮化物的形貌,小颗粒逐渐溶解使初生 碳氮化物尺寸减小并消失,此时长条状碳氮化物基本 完全分解. 1250 益 伊 5 h 时 87% 的碳氮化物发生分解, 见表 4,远高于 1200 益 伊 10 h 时的分解比例,且 51% 碳 氮化物达到了完全分解,如图 4(e)中碳氮化物内部由 完整致密的结构转变为“渔网冶状,36% 的碳氮化物发 生部分分解,边部分解形成细小的“葡萄冶状小颗粒, 如图 4(d)仅在碳氮化物的边部发生分解. 少量碳氮 化物未发生分解,以尺寸 10 滋m 以下的方形或近方形 碳氮化物为主,如图 4(g)中未分解的方形碳氮化物中 存在黑色的核心,而此核心为氧化物,这将在后文中 说明. 表 4 1250 益不同保温时间时初生碳氮化物分解比例 Table 4 Decomposition ratio of carbonitrides being soaked at 1250 益 for different holding time % 保温 5 h 保温 10 h 保温 15 h 部分 分解率 完全 分解率 部分 分解率 完全 分解率 部分 分解率 完全 分解率 36 51 53 40 25 50 经 1250 益 伊 10 h 保温后初生碳氮化物数量大幅 减少,长条状碳氮化物基本完全消失,方形碳氮化物分 解,由表 4 可知发生分解的碳氮化物数量达 93% ,其 中 40% 的碳氮化物完全分解. 当 1250 益 保温 15 h 后 很难发 现 碳 氮 化 物, 此 时 发 生 分 解 的 颗 粒 数 量 占 75% ,有 50% 的碳氮化物完全分解,形貌如图 4( h)所 示. 1250 益保温 15 h 时,分解的碳氮化物比例小于 5 h 和 10 h 保温时的比例,说明此时主要以溶解反应为 主,分解后的小颗粒溶解进入基体,留下部分难分解的 方形粒子,如图 4(i)中存在形核核心的初生碳氮化物 较难分解. 根据图 5 可知,随 1250 益保温时间延长,碳 氮化物的长宽比降低,形貌由长条状为主向方形转变, 保温 15 h 后长条状碳氮化物完全消失,说明长条状碳 氮化物更易分解. 2郾 3 高温时初生碳氮化物尺寸变化 对碳氮化物粒子尺寸统计,原始态大部分长度在 10 ~ 25 滋m 之间,部分达到 30 滋m 以上. 1200 益 伊 2郾 5 h 后大部分长度介于 15 ~ 20 滋m,部分长条状碳化物达 到 25 ~ 30 滋m,平均长度为 17郾 7 滋m,碳化物数量略有 减少. 延长保温时间到 5 h 后,平均长度减为 15郾 6 滋m, 最长为26 滋m. 当1200 益 伊 10 h 保温后,大部分长度介 于 6 ~ 12 滋m,平均为 12郾 9 滋m,最长仍可达到 29 滋m,如 图 5 1250 益保温后碳氮化物的长宽比变化 Fig. 5 Aspect ratio variation of carbonitrides after treatment at 1250 益 表 5 所示,但大尺寸数量显著降低. 表 5 1200 益保温时碳氮化物尺寸变化 Table 5 Size of carbonitrides after being held at 1200 益 for different periods of time 试样 平均长度/ 滋m 最大长度/ 滋m 原始态 21郾 3 35 1200 益 伊 2郾 5 h 17郾 7 28 1200 益 伊 5 h 15郾 6 26 1200 益 伊 10 h 12郾 9 29 保温温度提高至 1250 益 时,碳氮化物分解明显, 尺寸发生显著变化. 如图 6 所示,经 1250 益 伊 5 h 高温 后,56% 的碳氮化物长度介于 5 ~ 10 滋m,仅 7% 在 16 ~ 20 滋m 之间,大部分发生分解,未发现 20 滋m 以上的碳 氮化物,平均长度为 11郾 2 滋m,比 1200 益 伊 10 h 时碳氮 化物尺寸更小,同时长条状仅占 14% . 1250 益 保温 10 h 后,10 滋m 以上的碳氮化物消失,50% 碳氮化物长 度介于 6郾 5 ~ 8郾 4 滋m 之间,15 h 后粒子尺寸进一步减 小,3郾 5 ~ 6郾 4 滋m 尺寸占 50% ,与保温 10 h 相比,8郾 5 ~ 10郾 4 滋m 的碳氮化物溶解消失,平均长度仅为 6郾 5 滋m, 碳氮化物尺寸进一步下降. 2郾 4 高温时初生碳氮化物成分变化 2郾 4郾 1 1200 益保温时碳氮化物成分 利用扫描电镜对 1200 益 伊 5 h 试样进行分析,发 现如图 7 中方形或近方形的( Ti x,V1 - x ) (Cy,N1 - y ) 边 缘发生分解,图 7(a)中的分解小颗粒仍与原始初生碳 氮化物紧密连接,图7(b)碳氮化物周围形成 0郾 1 ~0郾 5 滋m 分解小颗粒,小颗粒相互分离并沿原始形貌排列. 在 部分(Ti x,V1 - x)(Cy,N1 - y )碳氮化物芯部存在着Al 2O3 和 MgO·Al 2O3氧化物核心,分解后的碳氮化物与表 2 相比,1200 益 保温后( Ti x,V1 - x ) (Cy,N1 - y ) 中 Fe 含量 ·725·