.72. 工程科学学报，第40卷，第1期 0.30 表明M,C6中存在一定的Mo.Mo和V的碳化物主 0.25 要为高温析出的MX和回火时析出的(Mo,V)C.从 图7(c)中可看出，(Mo,V)C中Mo含量较高，其形 0.20 3 状为细长条状，长度为10~20nm.高温析出的MX 0.15 中Mo含量较少，其形状为圆形，尺寸为10~100m. 由于不同的析出相的尺寸相差较大，因此对大 0.10 尺寸与小尺寸碳化物分别进行研究.从前文可知， 0.05 各种析出相中C的碳化物尺寸较大，形状也不规 则：回火析出的(Mo,V)C尺寸最小，而高温析出的 850 900 950 温度℃ V(C,N)尺寸介于两者之间.从图8(a)中可以看 出，1"钢中存在大量块状和细长条状的碳化物，这些 图5实验钢奥氏体中固溶V的含量.(a)1#钢：(b)2钢： (c)3*钢 碳化物尺寸较大且聚集分布，会对实验钢的韧性造 Fig.5 Concentration of V in austenite of tested steels:(a)steel 1*; 成危害.增加钒含量减少了长条状及块状碳化物含 (b)stcel 2=;(c)steel 3 量，而圆形及椭圆形碳化物比例增加.这表明MC6 和M,C的析出被抑制，而V(C,N)含量增加，这与 2.2.2V含量对析出相演变规律的影响 前文热力学计算的结果相对应.钢中大尺寸碳化物 为了研究析出相变化对实验钢强韧性的影响， 含量随钒含量提高明显减少，同时高温析出的 对三种实验钢900℃淬回火态析出相的形貌及分布 V(C,N)分布相对弥散，故由大尺寸碳化物对韧性 进行了观察，如图6所示.对于1"钢，在原奥氏体晶 造成的危害降低 界及板条间存在大量析出相，析出相主要为块状及 三种实验900℃淬回火态小尺寸析出相的形貌 细长条状.大尺寸碳化物数量随钒含量增加逐渐减 如图9所示.可以看出，1"钢仅存在少量细长条状 小，如3钢中晶界及板条间仅存在少量碳化物，块 的(Mo,V)C.与1钢相比，2钢中(Mo,V)C量明显 状及细长条状碳化物数量明显降低. 增加.而3钢中(Mo,V)C量与2钢相比有一定提 为了进一步对实验钢中碳化物种类、形貌及分 高，但变化程度相对较小.这些碳化物呈聚集状分 布进行研究，采用碳复型和透射电镜对析出相进行 布，在一定区域内大量存在.这可能是基体中钒含 观察.1"钢900℃淬回火态析出相形貌、衍射标定及 量分布不均匀导致的21)，回火过程中形成的(Mo, 能谱分析如图7所示.其中MCs和M,C,为Cr的 V)C相优先在富钒局域形核长大，故这些区域内存 碳化物.M2C6相为不规则块状，尺寸通常为50~ 在大量碳化物.提高钒含量使(Mo,V)C含量增加， 200nm(图7(a));M,C3相为细长线状，其长度通常 这与热力学计算结果相对应 为50~500nm(图7(b)).在含Cr较高的钢中，Ma 2.3V含量对力学性能的影响 C6的稳定性强于M,C,[1).而在Cr含量较低时，M3 三种实验钢在不同淬火温度下淬回火态试样的 C,通常为亚稳相，在回火保温过程中逐渐被M,C,取 力学性能如图10所示.当V质量分数从0.1%升到 代，但较高的Mo含量能提高MaC,的稳定性，在较 0.31%时，实验钢强度迅速提高；而V质量分数从 低的Cr含量时能稳定存在20).1"钢中有质量分数 0.3%升到0.5%时，实验钢强度增加幅度则相对较 0.8%的Mo,故可观察到M2C,存在，且能谱结果也 小.这与实验钢在奥氏体化过程中固溶合金含量有 a b (c) 2 um 2山m 2 um 图6900℃淬火650℃回火后实验钢析出相的形貌图.(a)1“钢：(b)2*钢：(c)3*钢 Fig.6 SEM micrographs of precipitates in the tested steels after being quenched at 900C and tempered at 650C:(a)steel 1*;(b)steel 2;(c) steel 3*工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 图 5 实验钢奥氏体中固溶 V 的含量. ( a) 1 # 钢; ( b) 2 # 钢; (c)3 #钢 Fig. 5 Concentration of V in austenite of tested steels: (a) steel 1 # ; (b) steel 2 # ; (c) steel 3 # 2郾 2郾 2 V 含量对析出相演变规律的影响 为了研究析出相变化对实验钢强韧性的影响, 对三种实验钢 900 益淬回火态析出相的形貌及分布 进行了观察,如图 6 所示. 对于 1 #钢,在原奥氏体晶 界及板条间存在大量析出相,析出相主要为块状及 细长条状. 大尺寸碳化物数量随钒含量增加逐渐减 小,如 3 #钢中晶界及板条间仅存在少量碳化物,块 状及细长条状碳化物数量明显降低. 图 6 900 益淬火 650 益回火后实验钢析出相的形貌图. (a)1 #钢;(b)2 #钢;(c)3 #钢 Fig. 6 SEM micrographs of precipitates in the tested steels after being quenched at 900 益 and tempered at 650 益 : (a) steel 1 # ; (b) steel 2 # ; (c) steel 3 # 为了进一步对实验钢中碳化物种类、形貌及分 布进行研究,采用碳复型和透射电镜对析出相进行 观察. 1 #钢 900 益淬回火态析出相形貌、衍射标定及 能谱分析如图 7 所示. 其中 M23 C6和 M7 C3为 Cr 的 碳化物. M23C6 相为不规则块状,尺寸通常为 50 ~ 200 nm(图 7(a));M7C3相为细长线状,其长度通常 为 50 ~ 500 nm(图 7(b)). 在含 Cr 较高的钢中,M23 C6的稳定性强于 M7C3 [19] . 而在 Cr 含量较低时,M23 C6通常为亚稳相,在回火保温过程中逐渐被 M7C3取 代,但较高的 Mo 含量能提高 M23 C6的稳定性,在较 低的 Cr 含量时能稳定存在[20] . 1 #钢中有质量分数 0郾 8% 的 Mo,故可观察到 M23C6存在,且能谱结果也 表明 M23C6中存在一定的 Mo. Mo 和 V 的碳化物主 要为高温析出的 MX 和回火时析出的(Mo,V)C. 从 图 7(c)中可看出,(Mo,V)C 中 Mo 含量较高,其形 状为细长条状,长度为 10 ~ 20 nm. 高温析出的 MX 中 Mo 含量较少,其形状为圆形,尺寸为10 ~100 nm. 由于不同的析出相的尺寸相差较大,因此对大 尺寸与小尺寸碳化物分别进行研究. 从前文可知, 各种析出相中 Cr 的碳化物尺寸较大,形状也不规 则;回火析出的(Mo,V)C 尺寸最小,而高温析出的 V(C,N) 尺寸介于两者之间. 从图 8 ( a) 中可以看 出,1 #钢中存在大量块状和细长条状的碳化物,这些 碳化物尺寸较大且聚集分布,会对实验钢的韧性造 成危害. 增加钒含量减少了长条状及块状碳化物含 量,而圆形及椭圆形碳化物比例增加. 这表明 M23C6 和 M7C3的析出被抑制,而 V(C,N)含量增加,这与 前文热力学计算的结果相对应. 钢中大尺寸碳化物 含量随钒含量提高明显减少, 同时高温析出的 V(C,N)分布相对弥散,故由大尺寸碳化物对韧性 造成的危害降低. 三种实验 900 益淬回火态小尺寸析出相的形貌 如图 9 所示. 可以看出,1 #钢仅存在少量细长条状 的(Mo,V)C. 与 1 #钢相比,2 #钢中(Mo,V)C 量明显 增加. 而 3 #钢中(Mo,V)C 量与 2 #钢相比有一定提 高,但变化程度相对较小. 这些碳化物呈聚集状分 布,在一定区域内大量存在. 这可能是基体中钒含 量分布不均匀导致的[21] ,回火过程中形成的(Mo, V)C 相优先在富钒局域形核长大,故这些区域内存 在大量碳化物. 提高钒含量使(Mo,V)C 含量增加, 这与热力学计算结果相对应. 2郾 3 V 含量对力学性能的影响 三种实验钢在不同淬火温度下淬回火态试样的 力学性能如图10 所示. 当 V 质量分数从0郾 1% 升到 0郾 31% 时,实验钢强度迅速提高;而 V 质量分数从 0郾 3% 升到 0郾 5% 时,实验钢强度增加幅度则相对较 小. 这与实验钢在奥氏体化过程中固溶合金含量有 ·72·