第2期 许磊等：变形量及N含量对油井管用中碳V一TN微合金钢显微组织的影响 .177 之 小2]，可以为晶内铁素体提供更多的形核位置，降 低晶内铁素体的形核势垒，促进其形核析出，从而提 28F 高总的铁素体含量；而且N含量增大，可以细化铁 素体及铁素体一珠光体的混合组织]，提高钢的强 24- 度和韧性， 20 实验钢中V的析出物诱导晶内铁素体形核析 出主要有下列两种形式：V、Ti的碳化物、氨化物或 16 20 304050 60 碳氨化物形成尺寸较大的夹杂物（大于0.5m),或 压下量/% 在MS等夹杂物上沉淀析出形成复合夹杂物，诱导 图4CLN钢经8O0℃变形不同变形量室温组织中铁素体含量 晶内铁素体形核：V的析出物以碳化物、氨化物或碳 Fig.4 Volume fraction of ferrite in HCLN steel deformed at 800C 氨化物的形式析出形成较小尺寸的第二相析出物 800~950℃及形变速率为0.01~0.04s1条件下， (小于100nm),诱导晶内铁素体形核，并且V的析 出物中往往含有一定量的Ti, 860℃及以下温度张力减径变形后无法完成静态再 SEM观察结果表明，三种钢中可用于诱导晶内 结晶·一方面，张力减径过程的变形可以细化相变 前的奥氏体晶粒，增加单位面积内的奥氏体晶界，提 铁素体形核的夹杂物的数量都远低于晶内铁素体晶 粒的数量，说明夹杂物并不是诱导晶内铁素体形核 高晶界铁素体的形核位置，另一方面，张力诚径过 析出的唯一因素，本实验已经观察到，实验钢中还 程中的变形可以增大奥氏体中的晶体缺陷密度，这 存在晶内铁素体在含V第二相析出物和先析出晶 不仅可以为第二相析出物提供有利的形核位置，形 内铁素体界面上形核析出的现象，由此可知，夹杂 成尺寸较大的第二相析出物，在相变过程中为晶内 物、含V第二相析出物及先析出晶内铁素体与奥氏 铁素体提供更多的形核核心；而且在相变过程中，某 体的界面都可以作为形核位置诱导晶内铁素体的形 些高能量的缺陷也可能成为晶内铁素体的形核位 核析出· 置，促进其形核析出.此外，研究中观察到张力减径 研究中还发现，三种实验钢中都存在夹杂物和 变形前，奥氏体中存在夹杂物及少量的第二相析出 先析出晶内铁素体诱导晶内铁素体析出的现象，化 物，所以变形可能会在这些夹杂物/第二相析出物的 学成分对此影响不大，但是，三种钢经过图1所示 周围形成局部高能区，提高夹杂物/第二相析出物诱 张力减径变形60%的工艺处理后，其室温组织中， 导晶内铁素体形核的能力， 特别是铁素体组织中存在大量第二相析出物，由 采用Image Tool图像分析软件统计可知，当变 图5可知，HCHN钢中第二相析出物的密度明显高 形量从20%增大到40%时，HCLN钢中铁素体含量 于LCLN和HCLN钢，且存在许多尺寸大于50nm 有所增大，但增幅较小，当变形量继续增大到60% 的第二相析出物 时，铁素体含量急剧增大，如图3(a~c)和图4所示， 由此可见，可以考虑通过加大张力减径变形量优化 刘胜新门在对类似成分钢的研究中发现，铁素 显微组织来改善钢的综合力学性能 体中析出的第二相颗粒主要是V(CxN1-x)颗粒. 3.2成分对显微组织的影响 本研究中通过能谱分析发现，铁素体中的析出颗粒 由图3和表2可知，经过形变量为60%热加工 还存在部分的V、Ti碳氨化物粒子，如图5所示.而 后，LCLN钢中形成的铁素体含量最高，虽然HCHN 且在奥氏体分解以前，晶粒内就已经存在尺寸较大 钢中铁素体含量低于LCLN钢，但二者的差距较 的析出物，这将为奥氏体转变过程中晶内铁素体提 小，且远高于HCLN钢，同时，可以看到HCHN钢 供形核位置，当在这些析出物上形核时，可以降低 形成了比HCLN钢更为均匀的组织，且形成了大量 晶内铁素体的形核能垒，促进其形核析出，因此导致 的晶内铁素体，由此可知，钢中N含量的增大，有利 HCHN钢在含C高于LCLN钢情况下，经过热加工 于提高晶内铁素体含量， 后其室温组织中铁素体含量仍然与LCLN钢相差 以往的研究表明：钢中N含量增大，有利于促 不大（见表2），由此可知，可以通过适当增N来部 进钢中V的第二相析出物的析出，提高其沉淀强化 分抵消钢中C量较高带来的对先共析铁素体含量 作用山，而且V的碳氨化物与铁素体的错配度较 的不利影响.图4 CLN 钢经800℃变形不同变形量室温组织中铁素体含量 Fig．4 Volume fraction of ferrite in HCLN steel deformed at800℃ 800～950℃及形变速率为0∙01～0∙04s －1条件下‚ 860℃及以下温度张力减径变形后无法完成静态再 结晶．一方面‚张力减径过程的变形可以细化相变 前的奥氏体晶粒‚增加单位面积内的奥氏体晶界‚提 高晶界铁素体的形核位置．另一方面‚张力减径过 程中的变形可以增大奥氏体中的晶体缺陷密度‚这 不仅可以为第二相析出物提供有利的形核位置‚形 成尺寸较大的第二相析出物‚在相变过程中为晶内 铁素体提供更多的形核核心；而且在相变过程中‚某 些高能量的缺陷也可能成为晶内铁素体的形核位 置‚促进其形核析出．此外‚研究中观察到张力减径 变形前‚奥氏体中存在夹杂物及少量的第二相析出 物‚所以变形可能会在这些夹杂物／第二相析出物的 周围形成局部高能区‚提高夹杂物／第二相析出物诱 导晶内铁素体形核的能力． 采用 Image Tool 图像分析软件统计可知‚当变 形量从20％增大到40％时‚HCLN 钢中铁素体含量 有所增大‚但增幅较小‚当变形量继续增大到60％ 时‚铁素体含量急剧增大‚如图3（a～c）和图4所示． 由此可见‚可以考虑通过加大张力减径变形量优化 显微组织来改善钢的综合力学性能． 3∙2 成分对显微组织的影响 由图3和表2可知‚经过形变量为60％热加工 后‚LCLN 钢中形成的铁素体含量最高‚虽然 HCHN 钢中铁素体含量低于 LCLN 钢‚但二者的差距较 小‚且远高于 HCLN 钢．同时‚可以看到 HCHN 钢 形成了比 HCLN 钢更为均匀的组织‚且形成了大量 的晶内铁素体．由此可知‚钢中 N 含量的增大‚有利 于提高晶内铁素体含量． 以往的研究表明：钢中 N 含量增大‚有利于促 进钢中 V 的第二相析出物的析出‚提高其沉淀强化 作用［11］‚而且 V 的碳氮化物与铁素体的错配度较 小［12］‚可以为晶内铁素体提供更多的形核位置‚降 低晶内铁素体的形核势垒‚促进其形核析出‚从而提 高总的铁素体含量；而且 N 含量增大‚可以细化铁 素体及铁素体－珠光体的混合组织［13］‚提高钢的强 度和韧性． 实验钢中 V 的析出物诱导晶内铁素体形核析 出主要有下列两种形式：V、Ti 的碳化物、氮化物或 碳氮化物形成尺寸较大的夹杂物（大于0∙5μm）‚或 在 MnS 等夹杂物上沉淀析出形成复合夹杂物‚诱导 晶内铁素体形核；V 的析出物以碳化物、氮化物或碳 氮化物的形式析出形成较小尺寸的第二相析出物 （小于100nm）‚诱导晶内铁素体形核‚并且 V 的析 出物中往往含有一定量的 Ti． SEM 观察结果表明‚三种钢中可用于诱导晶内 铁素体形核的夹杂物的数量都远低于晶内铁素体晶 粒的数量‚说明夹杂物并不是诱导晶内铁素体形核 析出的唯一因素．本实验已经观察到‚实验钢中还 存在晶内铁素体在含 V 第二相析出物和先析出晶 内铁素体界面上形核析出的现象．由此可知‚夹杂 物、含 V 第二相析出物及先析出晶内铁素体与奥氏 体的界面都可以作为形核位置诱导晶内铁素体的形 核析出． 研究中还发现‚三种实验钢中都存在夹杂物和 先析出晶内铁素体诱导晶内铁素体析出的现象‚化 学成分对此影响不大．但是‚三种钢经过图1所示 张力减径变形60％的工艺处理后‚其室温组织中‚ 特别是铁素体组织中存在大量第二相析出物．由 图5可知‚HCHN 钢中第二相析出物的密度明显高 于 LCLN 和 HCLN 钢‚且存在许多尺寸大于50nm 的第二相析出物． 刘胜新［7］在对类似成分钢的研究中发现‚铁素 体中析出的第二相颗粒主要是 V （C xN1－ x ）颗粒． 本研究中通过能谱分析发现‚铁素体中的析出颗粒 还存在部分的 V、Ti 碳氮化物粒子‚如图5所示．而 且在奥氏体分解以前‚晶粒内就已经存在尺寸较大 的析出物‚这将为奥氏体转变过程中晶内铁素体提 供形核位置．当在这些析出物上形核时‚可以降低 晶内铁素体的形核能垒‚促进其形核析出‚因此导致 HCHN 钢在含 C 高于 LCLN 钢情况下‚经过热加工 后其室温组织中铁素体含量仍然与 LCLN 钢相差 不大（见表2）．由此可知‚可以通过适当增 N 来部 分抵消钢中 C 量较高带来的对先共析铁素体含量 的不利影响． 第2期 许 磊等： 变形量及 N 含量对油井管用中碳 V－Ti－N 微合金钢显微组织的影响 ·177·