低碳钛、钒微合金钢中的相间析出
贾涛;魏娇;冯洁;张维娜;刘振宇;王国栋
【摘 要】The prent study focus on the Ti-V microalloying system which draws less attention. By using the Formaster-FII dilatometer,the sample was held at austenite/ferrite dual-pha temperature region and the Ti-V complex interpha precipitates were obtained during the austenite to ferrite transformation. Optical Microscopy (OM) and transmission electron microscopy (TEM) were employed to analyze the microstructure , especially the morphology of the interpha precipitate and its crystallographic orientation relationship with ferrite matrix. Studies show that 650℃is the no temperature for static isothermal transforma-tion. The interpha precipitates exhibit sheet-like distribution,including flat and curved sheets and adopt Baker-Nutting orientation relationships with the ferrite matrix.%针对目前较少关注的Ti-V微合金体系，在Formaster-FII膨胀仪上进行奥氏体/铁素体两相区等温，在铁素体相变同时获得Ti、V复合相间析出。采用金相、透射电子显微镜对显微组织、尤其是相间析出形貌、及其与铁素体基体的位向关系进行了观察与分析。研究表明，650℃为
后街男孩最新专辑静态等温相变的鼻温点，相间析出呈层状分布，具有平面和曲面两种形貌，相间析出碳化物与铁素体基体之间存在Baker-Nutting取向关系。
【期刊名称】《中国工程科学》
【年(卷),期】2014(000)001
【总页数】5页(P88-92)
【关键词】Ti-V微合金钢;相间析出;等温相变;透射电子显微镜
【作 者】贾涛;魏娇;冯洁;张维娜;刘振宇;王国栋
【作者单位】东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819
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【正文语种】中 文
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【中图分类】26个汉语拼音字母表TG142.01
相较于传统的弥散析出，相间析出由于其显著的强化效应引起了国内外学者的广泛关注。2004年，日本钢铁控股工程公司（JFE钢铁公司）Funakawa等[1]研发了一种具有高扩孔性能的高强钢，微观组织为全铁素体和纳米相间析出物，计算表明纳米相间析出物的强化效果达到约300 MPa。在此之后，Nippon Steel[2]和台湾大学[3～8]进行了跟踪研究，着重于工艺技术开发、相间析出晶体结构和取向关系分析以及强化模型的研究。而相间析出的机制则在20世纪80年代得到了更多的关注，大致可归纳为两种[9]：a.Ledge机制，即相间析出发生在低能、半共格相界台阶的阶面；b.Bowing机制，即相间析出发生在高能、非共格界面，呈弯曲形貌。近年来，相间析出的研究已经逐渐覆盖 Ti[3～5，10]、Ti-Mo[1，4～7]、Nb[2，10～12]、Nb-Ti[4，5，13]、Nb-Ti-Mo[13]和 V[8，14～16]微合金体系，而复合相间析出因其更高的热稳定性获得了更多的关注。
本文选取还未得到大量关注的Ti-V微合金体系，通过简单的等温热处理工艺获得Ti、V复合相间析出，采用金相（OM）与透射电子显微镜（TEM）对其进行了初步的分析与讨论。
实验钢为真空感应炉熔炼，采用低碳Ti、V微合金化路线，化学成分如表1所示。铸坯先经锻造开坯得到80 mm×80 mm的方坯，加热至1 200oC保温2 h，并连续轧制成6 mm厚钢板，然后加工得到ϕ3 mm×10mm的圆柱试样。热处理实验在Formaster-FII膨胀仪上进行，工艺如图1所示。
剑桥青少先将试样以10℃/s加热至1 200oC，保温3 min，然后以30℃/s快冷至630～710℃等温30 min，发生奥氏体向铁素体的相变，最后采用He气淬火至室温。热处理后的试样经线切割制成金相试样，经打磨、抛光后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，通过LeicaQ550IW光学显微镜观察其金相组织。将膨胀仪试样沿横截面切出厚度约为300 mm、直径为3 mm的圆片，机械研磨至50 mm以下，然后采用Tenu-Pol—5型电解双喷减薄仪进行试样减薄，电解液为9%的高氯酸酒精溶液，双喷电压为15～20 V，温度为-20℃，采用FEI TECNAI G2F20场发射TEM观察试样中的相间析出。
图2是热膨胀时间曲线图，由于膨胀仪量程的限制，在实验中将膨胀量起点设置为-0.06 mm。可以看出，等温铁素体相变满足“C”曲线规律，即随着相变温度的降低，由于相变驱动力的增大加快了铁素体相变速率，继续降低相变温度，由于碳扩散速率的降低导致相变速率降低。
图3为试样分别在630℃、650℃、670℃、690℃和710℃下等温30 min后的金相组织，图中白色的为铁素体，黑色为等温后未转变奥氏体淬火形成的马氏体。铁素体份数随温度的降低先增加后减少，在650℃时获得了最大的铁素体份数，这与图2中的膨胀曲线相互印证。图3c和图3d清楚的表明，铁素体首先在奥氏体晶界形核，向晶内生长。
图4为630℃和650℃等温30 min后获得的相间析出TEM形貌照片，析出物呈规则的直线和曲线两种排列方式，而相间析出实际上是以层状形式排列，通过在TEM下选取某一些晶带轴，均可以在二维空间中呈现如图4中的链式结构。显而易见，在相同的等温时间下，630℃等温获得的相间析出更细小，层间距也更小。
图5a显示630℃等温30 min后得到的相间析出的暗场像，更清晰的表明了相间析出在铁素体基体中的层状排列特征，图5（b）是相应的选区电子衍射斑，可见碳化物与铁素体存在Baker-Nutting（B-N）取向关系：图6a为相同条件下相间析出的高分辨像，可以清楚的看到碳化物晶格的板片（plate-like）形貌，图6b为高分辨像的傅里叶变换，结果也显示碳化物与铁素体间的B-N取向关系。
在相变过程中，与铁素体的B-N位向关系、相界面的能量优势以及相界面提供的快速扩散
通道，均为相间析出的大量、快速形核提供了有利条件。与奥氏体或铁素体基体中的析出相比，相间析出较大的密度、体积份数是其显著强化效应的本质原因。根据Yen等[7]推导的相间析出强化模型，除了析出物的尺寸和析出层与滑移面夹角之外，析出层间距和层内析出物间距是决定强化增量的决定性参数。在析出层间距的分析中，Bhadeshia[17]提出如下公式来描述半共格相界面条件下的最小析出层间距：式（1）中，σ和Δ分别为界面能和单位体积奥氏体转变为铁素体的相变驱动力，即析出层间距与相变驱动力呈反比。从图4可以看出，与650℃等温相比较，630℃等温相变驱动力更大，因此获得了更小的相间析出层间距。
对于BCC/FCC体系，B-N取向关系是指对于一个给定的（001）fcc晶面，具有两个<110>方向，即[110]和[10]，这两个方向在晶体学上是等价的，因此B-N取向具有3个变体。
当析出发生在铁素体基体时，碳化物与铁素体间位向关系将包括B-N取向关系的所有3个变体，而Honeycombe等[18]的研究表明，NaCl型的相间析出碳化物与铁素体基体只可能采取B-N取向关系中的一个变体。这在本文的实验结果中也得到了验证，见图5b和图6b。但在TiC相间析出的研究中，Yen等[3]观察到随着析出物的粗化，它与铁素体之间由B-N转变
existentialism为Nishiyama-Wasrmann（N-W）位向关系，即相间析出在粗化过程中晶格发生了转动。因此，碳化物与铁素体的位向关系不能作为相间析出判断的唯一依据，必须结合TEM的形貌像。
1）针对一种低碳Ti-V微合金钢，通过两相区等温发生奥氏体向铁素体相变，在铁素体基体上获得大量规则的、层状排列的相间析出碳化物。
2）在所有实验条件下，650℃等温获得的铁素体份数最大，即该温度为静态等温相变的鼻温点。
3）相间析出层间距与相变驱动力呈反比，即等温相变温度越低析出层间距越小。
4）选区电子衍射与高分辨像的傅里叶变换均表明，实验条件下获得的相间析出与铁素体基体间采取Baker-Nutting取向关系中的一个变体，即
【相关文献】
[1]Funakawa Y，Shiozaki T，Tomita K，et al.Development of high strength hot-rolled sh
eet steel consisting of ferrite and nanometersized carbides[J].ISIJ International，2004，44（11）：1945-1951.denying
摄影师英文[2]Okamoto R.Interpha precipitation in niobium-microalloyed steels[J].Acta Materialia，2010，58（14）：4783-4790.
[3]Yen Hung Wei，Chen C Y，Wang T Y，et al.Orientation relationship transition of nanometer sized interpha precipitated TiC carbides in Ti bearing steel[J].Materials Science and Technology，2010，26（4）：421-430.
但是[4]Chen C Y，Yen Hung Wei，Kao F H，et al.Precipitation hardening of high-strength low-alloy steels by nanometer-sized carbides[J].MaterialsScienceandEngineering，2009，499A：162-166.
