Vol.28 No.4 卜勇等：低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成 ·359。 300 600 0μm 250 10 um 200 e (a)含Ca钢 (b)含Ce钢 200 100 Fe Ca Mn 50- Ce 102.0304.05.06.07.080 1.0203.04.05.06.07.0 能量keV 能量keV 图4晶内铁素体核心金相照片及成分分析 Fig.4 Micrographs and chemical compositi on of IAF oxide particles in steels b)含Cc0,钢 00μm 图5钢中以氧化物为核心的针状铁素体形貌 Fig 5 Typical formation of IAF at oxide particles in steels 初次晶内针状铁素体，但却提供了大量的相界面， 进铁素体优先形核. 这些由高密度位错构成的界面结构，促进了二次 (3)奥氏体形成元素在氧化物周围发生贫 或三次铁素体形成.图6给出了晶内针状铁素体 化，升高化学自由能，使得铁素体优先在氧化物上 激发形核形成示意图.所以，图5中观察到较高 形核（如贫化Mn或B区）. 含量的AF形成与氧化物数量既有直接作用，同 根据上述机理并结合本实验结果可以得出， 时也有间接作用，只有这样才能对钢中较高含量 Ca0和CeO2氧化物与基体界面点阵是非共格， 的AF形成做出科学解释 而且在其周围也没有发现奥氏体形成元素的贫化 区.由于Ca0和C02氧化物的热膨胀系数与奥 氏体有很大差异，在冷却过程中，由于发生热胀冷 缩的结果，在氧化物周围产生应变场，造成基体点 阵发生高的畸变，改变此区域的原子规则排列位 A:初始板条 置，增大点阵振动频率，而导致振动熵增加.因而 B:夹杂物 C:针状铁素体 相界面自由能升高，相变驱动力增大，有利于AF 优先在相界面上形核.氧化物周围形成局部应变 图6晶内针状铁素体形成示意图 Fig.6 Schematic representation of acicular ferrite formation 场是增大氧化物形核能力的主要原因，也是AF 初次形核的有效地点.随之连锁发生的激发形核， 2.3氧化物性质及形核能力 进而提供大量相界面，促进AF进一步大量形成. 目前，关于氧化物（或析出物）为核心形成晶 24氧化物尺寸分布 内针状铁素体的机理有以下几种主要说法 在考虑氧化物尺寸对晶内铁素体形核，必须 (1)析出物与铁素体间内界面呈共格状态， 与奥氏体晶粒尺寸联系起来，若氧化物数量少和 使得铁素体在析出物上容易形核（如VN/铁素体 尺寸很小时，则奥氏体晶粒要粗大化，就不足以促 界面) 进针状铁素体形核，甚至会形成粗大魏氏体组织 (2)氧化物和奥氏体基体间热膨胀系数不 和贝氏体组织.如果氧化物尺寸小而数量多，则 同，在冷却过程中造成氧化物周围应变能增大，促 起到钉扎奥氏体晶粒长大作用，得到细小得奥氏图 4 晶内铁素体核心金相照片及成分分析 Fig.4 Micrographs and chemical composition of IAF oxide particles in steels 图 5 钢中以氧化物为核心的针状铁素体形貌 Fig.5 Typical formation of IAF at oxide particles in steels 初次晶内针状铁素体 ,但却提供了大量的相界面, 这些由高密度位错构成的界面结构, 促进了二次 或三次铁素体形成.图 6 给出了晶内针状铁素体 激发形核形成示意图 .所以, 图 5 中观察到较高 含量的 AF 形成与氧化物数量既有直接作用, 同 时也有间接作用, 只有这样才能对钢中较高含量 的AF 形成做出科学解释 . 图 6 晶内针状铁素体形成示意图 Fig.6 Schematic representation of acicular ferrite formation 2.3 氧化物性质及形核能力 目前 ,关于氧化物(或析出物)为核心形成晶 内针状铁素体的机理有以下几种主要说法: (1)析出物与铁素体间内界面呈共格状态, 使得铁素体在析出物上容易形核(如 VN/铁素体 界面). (2)氧化物和奥氏体基体间热膨胀系数不 同,在冷却过程中造成氧化物周围应变能增大 ,促 进铁素体优先形核. (3)奥氏体形成元素在氧化物周围发生贫 化,升高化学自由能 ,使得铁素体优先在氧化物上 形核 (如贫化 M n 或 B 区). 根据上述机理并结合本实验结果可以得出, CaO 和 CeO2 氧化物与基体界面点阵是非共格, 而且在其周围也没有发现奥氏体形成元素的贫化 区.由于 CaO 和 CeO2 氧化物的热膨胀系数与奥 氏体有很大差异,在冷却过程中,由于发生热胀冷 缩的结果 ,在氧化物周围产生应变场,造成基体点 阵发生高的畸变, 改变此区域的原子规则排列位 置,增大点阵振动频率 ,而导致振动熵增加 .因而 相界面自由能升高 ,相变驱动力增大, 有利于 AF 优先在相界面上形核 .氧化物周围形成局部应变 场是增大氧化物形核能力的主要原因 , 也是 AF 初次形核的有效地点 .随之连锁发生的激发形核, 进而提供大量相界面,促进 AF 进一步大量形成. 2.4 氧化物尺寸分布 在考虑氧化物尺寸对晶内铁素体形核, 必须 与奥氏体晶粒尺寸联系起来, 若氧化物数量少和 尺寸很小时,则奥氏体晶粒要粗大化,就不足以促 进针状铁素体形核 , 甚至会形成粗大魏氏体组织 和贝氏体组织.如果氧化物尺寸小而数量多, 则 起到钉扎奥氏体晶粒长大作用, 得到细小得奥氏 Vol.28 No.4 卜勇等:低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成 · 359 ·