第6期 段修刚等：铁素体基Ti-Mo微合金钢超细碳化物析出规律 ·649· 从图4可以看出，冷速对格栅间距有较大影 越大 响。空冷格栅间距较大，增大冷速，格栅间距变窄. 这是因为y→α是一个扩散控制的过程回，析出 4结论 受到铁素体向奥氏体推进速度的影响.图9是这 (1)Ti-Mo微合金钢中绝大多数析出相为超细 种格栅状析出的示意图，图中入为两格栅析出粒 碳化物，粒子尺寸小于10nm,呈正态分布.随着Ti 子之间的距离，黑色圆球表示析出粒子，析出过程 质量分数由0.072%增大到0.092%，粒子平均尺寸 中，箭头表示铁素体向奥氏体推进.冷速大，C与 由5.79nm增大到6.81nm. 合金元素的扩散受到抑制，铁素体向奥氏体推进 (2)Ti-Mo微合金钢具有格栅状的相间析出排 速度小，所以排状间距小：冷速小，C和合金元素的 列，晶粒内和靠近晶界处析出相排列不同，晶内格栅 扩散容易，铁素体向奥氏体推进速度大，因此格栅 排列规则，间距均匀；靠近晶界处格栅排列不均匀 间距增大. 格栅间距受冷速影响较大，随着冷速从5增大到 Y一界面 15℃·s-1,格栅间距由72减小到25nm. (3)不同尺寸的粒子中Mo所占比重不同，尺 寸约50nm的粒子中不含Mo,尺寸约20nm的粒子 奥氏体 中Mo的原子分数约33.75%，尺寸小于10nm的粒 析出粒子● 铁素体 子中Mo的原子分数约为43.87%，随着粒子尺寸的 减小，成分中Mo所占比重增大. 参考文献 [Qiao J S,Huang Y N,Zhao F,et al.Application of ferritic steel 图9奥氏体向铁素体转变及碳化物在相间析出示意图 in nuclear reactor.Ade Mater Ind,2009(8):54 Fig.9 Schematic illustration of the transformation of austenite to fer- (乔建生，黄依娜，赵飞，等.铁素体钢在核反应堆中的应用 rite and carbide precipitation 新材料产业，2009(8)：54) 2]Gladman T.Precipitation hardening in metals.Mater Sci Technol, 3.2粒子熟化及不同尺寸粒子Mo比重 1999,15(1):30 根据Lifshitz和SlyoZov理论，粒子熟化过程中 B]Yao L D.Advance of microalloying and controlled rolling.Wide 其平均尺寸的变化大都符合1/3规律阅.影响第 Heavy Plate,1999,5(1)1 (姚连登.微合金化与控制轧制的进展.宽厚板，1999,5(1)： 二相Ostwald熟化过程中平均尺寸的熟化速率的因 1) 素很多，其中粒子体积分数是一个重要的因素，随着 4] Ostermayer G P,Muller M.Dynamic interaction of friction and 粒子体积分数的增大，熟化速率增大.因此，随着T surface topography in brake systems.Tribol Int,2006.39(5): 的质量分数从0.072%增加到0.092%，析出相中Ti 370 的碳氮化物体积分数增加，因此2”钢中粒子的熟化 [5]Lee W B,Hong S G,Park C G,et al.Influence of Mo on precipi- 速率大于1"钢的熟化速率，从而2"钢的粒子平均尺 tation hardening in hot rolled HSLA steel containing Nb.Scripta Mater,2000,43(4):319 寸比1钢的大. [6]Gladman T.The Physical Metallurgy of Micro Alloy Steels.Lon- 尺寸约50nm的粒子不含Mo,粒子尺寸约 don:The Institute of Materials,1997:47 20nm时含Mo,并且粒子尺寸越小，Mo所占的比重 ] Wang Z D,Qu J B,Liu X H,et al.Investigation of strain-in- 越大.根据固溶度积公式，T的碳化物在奥氏体 duced precipitation behavior in a microalloying steel by stress re- 固溶度积比铁素体中约高2~3个数量级；Mo的碳 laxation method.Acta Metall Sin,2000,36(6):618 (王昭东，曲锦波，刘相华，等.松弛法研究微合金钢碳氮化 化物在奥氏体中的固溶度积比在铁素体中则高大约 物的应变诱导析出行为.金属学报，2000,36(6)：618) 3~4个数量级，因此M0的碳化物大都固溶到奥氏 8Liu W J.Precipitation of Ti(C,N)in Austenite:Experimental Re- 体中，基本不析出，随着温度的降低，过饱和的碳化 sult,Analysis and Modeling [Dissertation].Montreal:McGill 物在γ/α相间和随后的铁素体晶粒内迅速形核析 University,1987 出.T的碳化物析出温度较高，随着温度降低，T的 9]Funakawa Y,Shiozaki T,Tomita K,et al.Development of high strength hot-rolled sheet steel consisting of ferrite and nanometer- 碳化物减少，在铁素体中，TC固溶度己很小；Mo的 sized carbides.IS/Int,2004,44(11):1945 碳化物析出温度较低，而Ti和Mo一般形成的是复 [10]Taylor K A.Solubility products for titanium-vanadium and niobi- 合碳化物，因此随着温度降低，Mo所占原子比重 um carbides in ferrite.Script Metall Mater,1995,32(1):7第 6 期 段修刚等: 铁素体基 Ti--Mo 微合金钢超细碳化物析出规律 从图 4 可以看出，冷速对格栅间距有较大影 响． 空冷格栅间距较大，增大冷速，格栅间距变窄． 这是因为 γ→α 是一个扩散控制的过程［12］，析出 受到铁素体向奥氏体推进速度的影响． 图 9 是这 种格栅状析出的示意图，图中 λ 为两格栅析出粒 子之间的距离，黑色圆球表示析出粒子，析出过程 中，箭头表示铁素体向奥氏体推进． 冷速大，C 与 合金元素的扩散受到抑制，铁素体向奥氏体推进 速度小，所以排状间距小; 冷速小，C 和合金元素的 扩散容易，铁素体向奥氏体推进速度大，因此格栅 间距增大． 图 9 奥氏体向铁素体转变及碳化物在相间析出示意图 Fig． 9 Schematic illustration of the transformation of austenite to fer￾rite and carbide precipitation 3. 2 粒子熟化及不同尺寸粒子 Mo 比重 根据 Lifshitz 和 Slyozov 理论，粒子熟化过程中 其平均尺寸的变化大都符合 1 /3 规律［13］． 影响第 二相 Ostwald 熟化过程中平均尺寸的熟化速率的因 素很多，其中粒子体积分数是一个重要的因素，随着 粒子体积分数的增大，熟化速率增大． 因此，随着 Ti 的质量分数从 0. 072% 增加到 0. 092% ，析出相中 Ti 的碳氮化物体积分数增加，因此 2# 钢中粒子的熟化 速率大于 1# 钢的熟化速率，从而 2# 钢的粒子平均尺 寸比 1# 钢的大． 尺寸约 50 nm 的 粒 子 不 含 Mo，粒 子 尺 寸 约 20 nm时含 Mo，并且粒子尺寸越小，Mo 所占的比重 越大． 根据固溶度积公式［14］，Ti 的碳化物在奥氏体 固溶度积比铁素体中约高 2 ～ 3 个数量级; Mo 的碳 化物在奥氏体中的固溶度积比在铁素体中则高大约 3 ～ 4 个数量级，因此 Mo 的碳化物大都固溶到奥氏 体中，基本不析出，随着温度的降低，过饱和的碳化 物在 γ /α 相间和随后的铁素体晶粒内迅速形核析 出． Ti 的碳化物析出温度较高，随着温度降低，Ti 的 碳化物减少，在铁素体中，TiC 固溶度已很小; Mo 的 碳化物析出温度较低，而 Ti 和 Mo 一般形成的是复 合碳化物，因此随着温度降低，Mo 所占原子比重 越大． 4 结论 ( 1) Ti--Mo 微合金钢中绝大多数析出相为超细 碳化物，粒子尺寸小于 10 nm，呈正态分布． 随着 Ti 质量分数由 0. 072% 增大到 0. 092% ，粒子平均尺寸 由 5. 79 nm 增大到 6. 81 nm． ( 2) Ti--Mo 微合金钢具有格栅状的相间析出排 列，晶粒内和靠近晶界处析出相排列不同，晶内格栅 排列规则，间距均匀; 靠近晶界处格栅排列不均匀． 格栅间距受冷速影响较大，随着冷速从 5 增大到 15 ℃·s － 1 ，格栅间距由 72 减小到 25 nm． ( 3) 不同尺寸的粒子中 Mo 所占比重不同，尺 寸约 50 nm 的粒子中不含 Mo，尺寸约 20 nm 的粒子 中 Mo 的原子分数约 33. 75% ，尺寸小于 10 nm 的粒 子中 Mo 的原子分数约为 43. 87% ，随着粒子尺寸的 减小，成分中 Mo 所占比重增大． 参 考 文 献 ［1］ Qiao J S，Huang Y N，Zhao F，et al． Application of ferritic steel in nuclear reactor． Adv Mater Ind，2009( 8) : 54 ( 乔建生，黄依娜，赵飞，等． 铁素体钢在核反应堆中的应用． 新材料产业，2009( 8) : 54) ［2］ Gladman T． Precipitation hardening in metals． Mater Sci Technol， 1999，15( 1) : 30 ［3］ Yao L D． Advance of microalloying and controlled rolling． Wide Heavy Plate，1999，5( 1) : 1 ( 姚连登． 微合金化与控制轧制的进展． 宽厚板，1999，5( 1) : 1) ［4］ Ostermayer G P，Müller M． Dynamic interaction of friction and surface topography in brake systems． Tribol Int，2006，39 ( 5) : 370 ［5］ Lee W B，Hong S G，Park C G，et al． Influence of Mo on precipi￾tation hardening in hot rolled HSLA steel containing Nb． Scripta Mater，2000，43( 4) : 319 ［6］ Gladman T． The Physical Metallurgy of Micro Alloy Steels． Lon￾don: The Institute of Materials，1997: 47 ［7］ Wang Z D，Qu J B，Liu X H，et al． Investigation of strain-in￾duced precipitation behavior in a microalloying steel by stress re￾laxation method． Acta Metall Sin，2000，36( 6) : 618 ( 王昭东，曲锦波，刘相华，等． 松弛法研究微合金钢碳氮化 物的应变诱导析出行为． 金属学报，2000，36( 6) : 618) ［8］ Liu W J． Precipitation of Ti( C，N) in Austenite: Experimental Re￾sult，Analysis and Modeling ［Dissertation］． Montreal: McGill University，1987 ［9］ Funakawa Y，Shiozaki T，Tomita K，et al． Development of high strength hot-rolled sheet steel consisting of ferrite and nanometer￾sized carbides． ISIJ Int，2004，44( 11) : 1945 ［10］ Taylor K A． Solubility products for titanium-vanadium and niobi￾um carbides in ferrite． Script Metall Mater，1995，32( 1) : 7 ·649·