·254 北京科技大学学报 2006年第3期 件为在1150℃时加热4min,淬水冷却，结果见表 后在10%硝酸酒精溶液中将碳膜与基体分离.析 2.采用萃取法制备电镜样品.具体过程如下：经 出相的形貌、结构及其成分分析在JEM2000FX 金相抛光的试样，在3%的硝酸酒精溶液中浸蚀 及JEM2010(有超薄窗口的能谱仪)上进行，并选 后置于真空喷涂仪中喷碳（膜厚10~30nm),最 用5nm束斑对纳米相进行成分确定 表2热模拟实验方案 Table 2 The program of the thermo-mechanical simulation treatment 加热温度/ 高温变形温度（形变量） 试样编号 冷却过程 时间 第一次变形 第二次变形 第三次变形 1 1150℃/4min 淬水 1150℃/4min 1100℃(40%) 淬水 1150℃/4min 1100℃(40%) 900℃(35%) 淬水 1150℃/4min 1100℃(40%) 900℃(35%) 820℃(30%) 淬水 1.2高温热塑性及热强性曲线的测试 图2(c)为对应(200)衍射斑的中心暗场像，显示 在Gleeble-1500试验机上进行高温热塑性 出微小的析出相的形态，图2(d)给出尺寸约20 及热强性曲线的测试，试样尺寸为10mm×130 nm的椭圆形析出物的成份分析结果，其中Nb/Ti mm.以10℃·s1的速率升温到1350℃保持5 比值高达6.37，N元素含量不明显.可见这类析 min后再以3℃·s1的速率降温到预定温度，在 出物是以Nb为主同时含有Ti的复合析出相Nb 该温度保持2min以10-3℃·s1的速率进行拉伸 (Ti)C.而对尺寸小于20nm的椭圆形析出物的 实验，测得钢的断面收缩率和抗拉强度与温度之 成分分析表明，其中的Nb/Ti比值处于6.37~1 间的关系 之间，上述结果与普通奥氏体钢以及微合金钢中 2结果与讨论 有相似之处[56]，在此类析出相中未发现V. 上述结果表明，管线钢中多种微合金元素的 2.1析出相的结构与成份 析出行为既符合低碳低合金钢中微合金元素析出 经三次高温变形试样中存在着大量的亚微米 的一般规律，同时又有其自身特点.钢中存在的 及纳米级的析出相.经透射电镜观察可见，有两Ti,Nb,V等过渡族微合金元素具有相似的理化 种典型的析出物.一种为尺寸较大(50nm~1 性质，它们形成的碳化物的晶体结构相似，均为 um)、外形规则、几乎呈立方体的析出相，如图1 NaCl型结构，因此往往形成多元复合析出物 (a)所示，其电子衍射谱示于图1(b)和(c)中，经 从Ti,Nb,V三种元素的一般溶解度关系中 指数标定分别是TN结构的[100]与[233]晶带 可知[]，TiN的固溶度最低，NbC和TiC,NbN的 轴.为更进一步分析其成分，对方形析出物进行 固溶度接近，而VC,VN固溶度最大.从本实验 了相应的能谱以及半定量分析，结果示于图1(d) 钢的成分推算，TN完全固溶的平衡态温度约为 中.结果表明，该类析出物是以T为主同时含有 1702℃，NbC完全固溶的平衡态温度约为1147 少量Nb的复合碳氮化合物Ti(Nb)NC,其中T/ ℃，VC完全固溶的平衡态温度约为730℃.本实 Nb的比值在不同析出相中也表现出不同.在本 验中观察到的以TN为主的方形析出相是在高 研究中，对大量方形析出相的分析表明：T/N比 于1150℃的较高温度形成的，其尺寸相对较大. 值处于5~12之间；碳与氮的比值是不正确的，因 由于其形成时间不同，其尺寸在50nm~1m范 为采用的是碳复型样品：在部分析出相中发现极 围之间变化.析出相中含有的复合的Nb以及少 少量的V. 数析出相中含有的极少量的V是由于在变形和 另一种析出相尺寸千分细小（小于20nm), 温度降低过程中，少量的Nb和V可以在已存在 形态为圆形或椭圆形，如图2(a),(b)所示，其电 的TiN上进一步析出NbC和VC,从而形成复合 子衍射图示（图2(b))由于该类析出相细小弥散， 析出相.该复合析出相是以TiN结构为主的多元 因此选区光栏含了多个析出相，此谱是多个析出 复合析出相 相的综合结果.经标定此衍射图对应NbC结构 由于N元素在较高温度与Ti形成TN,本实北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 3 期 件为在 1 15 0 ℃ 时加 热 4 m in , 淬水冷 却 , 结果 见表 2 . 采用萃取法制备 电镜样 品 . 具体过程 如下 : 经 金相抛 光 的试样 , 在 3 % 的硝 酸 酒精溶液 中浸 蚀 后置 于真 空喷 涂仪 中 喷碳 (膜厚 10 一 30 n m ) , 最 后 在 10 % 硝酸酒精溶液 中将碳 膜与基体分离 . 析 出相 的形 貌 、 结构及其成 分分析 在 JE M 2 0 0 0 F X 及 J E M 2 0 1 0( 有 超薄窗 口 的能谱仪 ) 上进 行 , 并选 用 5 n m 束斑对 纳米相进行成分 确定 . 表 2 热模拟实验方案 T a b l e 2 T h e p r o g r a n l Of t h e t h e r 幻口0 一 m e c h a 苗 e a l sim ul a t i on t r e a t血 n t 加热温度 / 时间 高温变形温度 (形变量 ) 试样编号 冷却过程 第一次变形 第二次变形 第三次变形 1 15 0 ℃ / 4 m i n 淬水 1 15 0 ℃ / 4 m i n 1 10 0 ℃ ( 4 0 % ) 1 15 0 ℃ / 4 m i n 1 10 0 ℃ ( 4 0 % ) 9 0 0 ℃ ( 3 5 % ) 淬水 淬水 1 1 5 0 ℃ / 4 m i n 1 10 0 ℃ ( 4 0 % ) 9 0 0 ℃ ( 3 5 % ) 8 20 ℃ ( 3 0 % ) 淬水 1 . 2 高温热 塑性及 热强性曲线的测试 在 lG e bl e 一 1 5 0 0 试 验 机 上进 行 高 温 热 塑 性 及热 强性曲线的测 试 , 试 样 尺寸为 小10 m m X 1 30 m m . 以 1 0 ℃ · S 一 `的 速率 升温 到 1 3 5 0 ℃ 保 持 5 m in 后再 以 3 ℃ · S 一 `的 速率降温 到 预 定温 度 , 在 该温 度保持 2 m in 以 10 ’ 3℃ · S 一 1的速率进 行拉伸 实验 , 测得钢的 断面 收缩 率和抗拉 强 度 与温 度 之 间的关 系 2 结果与讨论 2 . 1 析出相 的结构与 成份 经三 次高温 变形试 样 中存在着大量 的亚 微米 及纳 米 级的析 出相 . 经 透射 电镜观 察可见 , 有两 种典 型 的 析 出 物 . 一 种为尺 寸 较大 ( 50 n m 一 1 拜m) 、 外形 规 则 、 几 乎 呈 立 方 体的 析 出相 , 如 图 1 ( a )所示 , 其 电子衍 射 谱示 于 图 1 ( b) 和 ( 。 ) 中 , 经 指数标定分别是 IT N 结 构 的 「10 0 」与 「2 3 〕晶 带 轴 . 为更 进一 步分析 其 成分 , 对 方形析 出物 进行 了相应 的能谱以及半定 量 分析 , 结果 示 于 图 1 ( d) 中 . 结果表 明 , 该类析 出物是 以 iT 为主 同时 含有 少 量 N b 的复合碳 氮化合物 iT ( N b ) N C , 其中 iT / N b 的 比值在 不 同析出相 中也 表 现 出不 同 . 在 本 研 究中 , 对大量方形 析出相 的分析 表明 : iT / N b 比 值处 于 5 一 12 之 间; 碳与氮的比值是不 正确的 , 因 为采用 的是碳 复型样 品 ; 在 部 分析 出相中发现 极 少量 的 V . 另一 种 析出相 尺 寸十分 细小 (小 于 20 n m ) , 形 态为 圆形或椭 圆形 , 如 图 2 ( a) , ( b) 所示 . 其 电 子衍射 图示 ( 图 2 ( b) ) 由于该 类析 出相细 小弥散 , 因此选区光栏含 了多 个 析 出相 , 此谱是 多个 析 出 相 的综合结果 . 经标定 此衍射图对 应 N b C 结构 . 图 2 ( c )为 对应 ( 2 0 0) 衍 射 斑 的 中心 暗 场像 , 显 示 出微小 的析 出相 的形 态 . 图 2( d) 给 出尺 寸约 20 n m 的椭圆形析 出物 的成份分析结果 , 其 中 N b/ iT 比值高达 6 . 37 , N 元 素含 量不 明显 . 可见 这类 析 出物 是 以 N b 为主 同时含有 iT 的复合析出相 N b ( iT ) C . 而 对尺 寸小 于 20 n m 的椭 圆形 析 出物的 成分分析表 明 , 其中的 N b/ iT 比值处 于 6 . 37 一 1 之 间 . 上述 结果 与普通 奥 氏体钢 以及微合金钢中 有相似 之处 1 5一 , 在此类析出相 中未发现 v . 上述 结果表 明 , 管线钢 中多 种微合金 元 素的 析 出行为既符合低碳 低合金 钢 中微 合金 元素析 出 的一般规律 , 同时 又有 其 自身特点 . 钢 中存 在 的 T i , N b , V 等过 渡 族 微 合金 元 素具 有相 似 的理 化 性质 , 它 们形 成 的 碳 化物 的 晶体结构 相似 , 均 为 N a CI 型结构 , 因此 往往 形成多 元复合析 出物 . 从 iT , N b , v 三 种 元 素 的一 般 溶解 度关 系 中 可知 川 , IT N 的固溶 度最低 , N b c 和 iT c , N b N 的 固溶度 接近 , 而 v C , v N 固溶度最 大 . 从本实验 钢的成分推算 , IT N 完全 固溶的平衡 态 温 度 约 为 1 7 0 2 ℃ , N b C 完 全 固溶 的平衡 态 温 度 约为 1 14 7 ℃ , V C 完全 固溶的平衡态 温度 约为 7 30 ℃ . 本实 验 中观察到 的以 IT N 为主 的方 形 析 出相 是 在 高 于 1 15 0 ℃ 的较高温度形 成 的 , 其尺 寸相对 较 大 . 由于 其形 成 时 间不 同 , 其尺 寸在 50 n m 一 1 拌m 范 围之 间变化 . 析出相中含 有的复合的 N b 以及 少 数析 出相 中含 有 的极少 量 的 V 是 由于 在 变形 和 温度 降低 过程 中 , 少 量的 N b 和 V 可 以 在 已 存在 的 IT N 上进 一步 析 出 N b C 和 v C , 从而 形 成复合 析 出相 . 该复合析 出相是 以 IT N 结构为 主的 多元 复合析 出相 . 由于 N 元 素在较高温度与 iT 形 成 IT N . 本 实