D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.03.012 第27卷第3期 北京科技大学学报 Vol.27 No.3 2005年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2005 低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过程中的碳氨化物析出 陈国安”杨王玥”郭守真》孙祖庆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用透射电镜研究了低碳微量铌钢过冷奥氏体形变过程中的碳氮化物析出，运用Ga dman晶粒粗化机制讨论了析出相颗粒的平均直径、体积分数和铁素体晶粒尺寸的关系，实 验结果表明：实验用钢中的微量b在1200℃时完全固溶，并在760℃变形前的冷却过程中无 Nb(C)析出.在形变过程中Nb(C)的析出同样需要孕育期，但与等温过程相比大大提前，当变 形量积累到一定值（本实验条件下0.69）时，大量动态析出的Nb(C)颗粒弥散分布在晶界以 及位错线上，N(CN)析出随着应变量的增加而增加，但颗粒长大不明显，计算得到的铁素体晶 粒平均截径与实际测得的铁素体晶粒吻合得较好， 关键词Nb(C)析出；孕育期；体积分数；析出长大 分类号TG111.2;TG142.31 微合金钢是在普通的C-M血钢中添加微量元 温20min+空冷.为保证试样良好的淬透性，以研 素如V,Nb,Ti,使之形成熔点高、稳定性好、不宜 究高温形变后的组织特征，圆柱试样采用较小尺 集聚长大、弥散分布的碳氮化物，在不同条件下 寸，规格为中6mm×15mm. 产生溶解和析出抑制晶粒长大细化组织，并产生 用DT1000热膨胀仪测定实验用钢未变形时 沉淀强化作用提高钢的组织性能，因此，深入研 的A,为845℃，在1200℃保温10min后以10℃s 究微合金化元素在热加工中的溶解与析出规律， 的冷却速度连续冷却时的A如，为680℃，压缩实验 定量探讨其细化晶粒与沉淀强化效应是开发微 在Gleeble 1500热模拟机上进行，变形工艺如图1 合金钢中一项重要的研究工作. 所示.试样在1200℃保温10min,以10℃s的冷速 b是强的碳化物、氮化物和碳氨化物的形 冷至过冷奥氏体温度760℃进行变形，形变速率 成元素.固溶b及其析出可以有效地阻止再结 01s,在较宽的应变范围内进行压缩变形，真 晶、积累应变和保持奥氏体晶粒的变形结构，在 应变ε036-1.61.为保留高温变形后的组织，试 相变过程中b的析出相能提高铁素体的形核 样变形后立即冰水冷却 率，对细化晶粒和性能的提高起重要的作用四.本 形变后的试样从中心沿压缩轴方向剖开，用 文主要应用扫描电镜和H-800透射电镜对低碳 2%4%硝酸酒精溶液浸蚀，观察剖面的金相组 微量铌钢进行了研究，初步探讨了其过冷奥氏体 织，采用黑泽文夫等的非水电解恒电流浸蚀萃取 形变过程中应变诱导Nb(CN)的析出规律 法，制成碳萃取复型，具体参数为将机械研磨、 1实验方法 抛光后的金相试样置于10%AA腐蚀液(10%乙 实验用钢为含Nb低碳钢，其化学（质量分数） 1200℃，10min 成分为：C,0.093%;Si,0.12%;Mn,1.18%:P, 10℃/s 760℃，0.1s,6 0.010%;S,0.064%:N,0.0036%:Nb,0.024%.经真 20℃s n 空熔炼获得铸锭，改锻后机加工成圆柱试样.锻 W.Q. 造温度为900~1100℃，锻后正火工艺为900℃，保 收稿日期：200404-07修回日期：200407-09 基金项目：国家“863”资助项目No.2001AA332020):国家自 t/s 然科学基金(No.50471092:中信能钠资助项11 图1热压缩变形实验工艺 作者简介：陈国安(1979一，男，博士研究生 Fig.1 Processing scheme for hot compression test第 2, 卷 第 3 期 20 5 年 ` 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u rn a l o f U u vl e招 lyt of S c i e . ce a n d 护 R c h助】训汀 B e ij in g 叭, L2 7 N 0 . 3 J皿 n 。 20 5 低碳微量妮钢 过冷奥氏体形变过程 中的碳氮化物析出 陈 国 安 ” 杨 王 明 ` , 郭守真 ” 孙祖庆 ” 1)北 京科技 大学 材料科 学与 工 程学 院 , 北京 10 0 83 2) 新金属材 料 国家重 点实验 室 , 北京 10 0 83 摘 要 利用透 射 电镜 研究 了低碳 微量妮 钢过冷 奥 氏体形变 过程 中的碳氮 化物 析 出 , 运 用 lG a￾dm an 晶粒粗 化机制 讨 论 了析 出相 颗粒 的平均 直径 、 体 积分 数和铁 素体 晶粒 尺寸 的关 系 . 实 验结 果表 明 : 实验 用钢 中 的微量 Nb 在 1 2 0 ℃ 时完全 固溶 , 并在 7 60 ℃ 变 形前 的冷 却过程 中无 Nb (C N )析 出 . 在 形变 过程 中Nb (C N ) 的析 出同样 需要孕育 期 , 但与等 温过 程相 比 大大提 前 . 当变 形量积 累 到一 定值 ( 本实验 条件 下产0 . 6 9) 时 , 大 量动态 析 出的 Nb ( C N )颗 粒弥 散分布 在 晶界 以 及位错 线上 . Nb (C N )析 出随着应变 量 的增加而 增加 , 但颗粒 长 大不 明显 , 计算 得 到的铁 素体晶 粒平均 截径 与实 际测 得的铁 素体 晶粒 吻合得 较好 . 关键 词 Nb (C N )析 出; 孕育 期 ; 体 积 分数 ; 析 出长 大 分类号 T G 1 1 1 . 2 ; T G 14 2 . 3 1 微 合金 钢是 在普 通 的 C 一 M n 钢 中添加 微 量元 素 如 V , Nb , iT , 使 之形 成熔 点高 、 稳 定性 好 、 不 宜 集 聚 长大 、 弥散 分布 的 碳氮 化物 , 在不 同条件 下 产 生溶解 和 析 出抑制 晶粒长 大细 化组 织 , 并产 生 沉 淀 强化 作用 提 高钢 的组 织性 能 . 因此 , 深入 研 究 微合 金化元 素在 热 加工 中 的溶 解 与析 出规律 , 定 量 探讨 其 细 化 晶粒 与 沉 淀 强化 效 应 是 开发 微 合 金钢 中 一项 重 要 的研 究 工 作 . Nb 是 强 的碳化 物 、 氮 化物 和 碳氮 化物 的形 成 元素 . 固溶 N b 及 其 析 出可 以有 效地 阻 止再 结 晶 、 积 累 应变 和保 持 奥 氏 体 晶粒 的 变形 结构 , 在 相 变 过程 中 Nb 的 析 出相 能 提 高铁 素体 的形 核 率 , 对 细化 晶粒 和 性能 的提 高起重 要 的作用`, , . 本 文 主要 应 用扫 描 电镜 和 H一 8 0 透射 电镜对 低碳 微量 妮钢 进行 了研 究 , 初步 探讨 了其 过冷 奥 氏体 形变 过 程 中应变 诱 导 确( C哟 的析 出规 律 . 1 实验 方 法 实验用 钢 为含 N b 低 碳钢 , 其 化 学 (质量 分 数 ) 成分 为 : C , 0 . 09 3% ; 5 1 , 0 . 12 % ; M n , l , 18% ; P , 0 . 0 10% ; S , 0 . 0 64% ; N , 0 . 0 0 3 6% ; N b , 0 . 02 4 % . 经真 空熔 炼 获得铸 锭 , 改锻 后 机加 工成 圆柱试 样 . 锻 造温 度 为 9 0 一 1 10 ℃ , 锻 后 正火 工艺 为 9 0 ℃ , 保 收稿 日期 : 20 0今刁 4-() 7 修 回 日期 : 2 0 4刁7 -0 9 基金项 目 : 国家 “ 86 3 " 资助项 目困 o . 2 0 0 1A A 3 3 2 0 2 0) ; 国家 自 然科 学基金 ( N o . 5 0 4 7 109 2) ; `寺 , 信妮钢 资助项 11 作 者简 介 : 陈国安 ( 19 79 一) , 男 , 博 士研 究生 温 20 m i n + 空冷 . 为保 证试 样 良好 的淬透 性 , 以研 究 高温形 变后 的组 织特征 , 圆柱试 样采 用较小尺 寸 , 规 格 为中6 ~ ` 15 ~ · 用 D T 10 0 0 热 膨胀 仪 测 定实 验用 钢 未变 形 时 的 A , 为 84 5 oC , 在 1 2 0 0 ,C 保温 10 m i n 后 以 10 ,C / s 的冷 却速 度连 续 冷却 时 的儿 3为 6 80 ℃ . 压缩 实验 在 lG e eb le 15 0 热模拟机上 进行 , 变形 工艺 如 图 l 所 示 . 试 样在 1 2 0 ℃ 保 温 10 m in , 以 10 ℃s/ 的冷速 冷 至过 冷奥 氏体温度 760 ℃ 进 行变 形 , 形变 速率 卜 0 . 1 5 一 , , 在 较 宽 的应 变 范 围 内进 行 压 缩变 形 , 真 应变 ￡= 0 . 3 -6 1 . 61 . 为保 留高温 变 形后 的 组织 , 试 样变 形 后立 即冰 水冷 却 . 形 变 后的试 样 从 中心沿 压缩 轴 方 向剖 开 , 用 2% ~4 % 硝 酸 酒精溶 液 浸蚀 , 观 察 剖面 的金相 组 织 . 采用 黑泽文 夫等 的非水 电解恒 电流 浸蚀 萃取 法 。 , , 制成 碳萃 取 复型 , 具 体参 数 为将 机械 研磨 、 抛 光 后 的金相 试 样 置于 10 % A A 腐蚀 液 ( 10 % 乙 20 0 ℃ , 10 幻。 U。 t l s 图 1 热压 缩变形 实验 工艺 F ig . l P or e es s i n g , e七e m e fo r 卜o t e o m p嘴 s i o n tes t DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 03. 012