钒氮钢中的晶粒细化研究(低合金钢会议).doc

钒氮微合金钢的晶粒细化研究 杨才福张永权龚维幂钢铁研究总院结构材料研究所，北京 100081 摘要：本文选取钢、钢以及钢，比较了它们在相同工艺下的奥氏体及相变后的铁素体晶粒尺寸，结果表明钢具有明显的晶粒细化效果，在钢中不仅奥氏体晶粒最细小而且相变细化比率也最高。分析认为这主要与V(C,N)在奥氏体区的析出有关，奥氏体析出的V(C,N)一方面可以抑制奥氏体晶粒长大，同时还可以作为形核核心诱导晶内铁素体形成，大大增加了铁素体形核率，从而提高了相变细化比率关键词：V(C,N) 铁素体 晶粒细化 1 引言 对于钒在钢中的作用，过去人们一直普遍关注的是其对析出强化的贡献，而对晶粒细化作用研究不多1]。在中碳钢中开发的夹杂物冶金和晶内铁素体(Intragranular Ferrite，IGF)技术为实现晶粒细化提供了很好的思路2-3]。Kimura等人对不同夹杂物导致的铁素体界面能及形核驱动力的变化进行了计算，结果表明在各类夹杂物中，TiN、VN等颗粒十分有利于铁素体形核 [4]。根据这一思路，可以通过提高氮含量等手段控制V(C,N)在奥氏体中析出，利用其作为核心诱导IGF形成，在再结晶控轧的基础上进一步细化铁素体晶粒尺寸。目前这方面的工作尚不多见，本文通过对比发现通过合适的工艺控制，钒氮复合微合金明显晶粒细化效果。 2试验材料与方法 在实验室真空感应炉上冶炼了碳含量相近的V-N钢、V钢和C-Mn钢，化学成份见表1所示。其中，V钢的钒通过50%钒铁合金加入，钢中氮含量与C-Mn钢相比没有明显变化；而V-N钢的钒通过Nitrovan钒氮合金加入，氮含量显著增加，见表1。钢水浇注成50kg的钢锭钢锭经锻造开坯后在实验室轧机上轧成18mm钢板。锻造轧制工艺如下：钢锭加热到1200℃，保温2小时，然后锻成50×130×L钢坯，终锻温度约1000～1100℃。再将毛坯加热到1200℃进行轧制，轧成18×130×L钢板，终轧温度约900℃。 表1 试验材料的化学成分,wt% 编号 C Si Mn P S V AlS N 备注 C1 0.11 0.41 1.32 0.01 0.006 0.11 0.005 0.014 V-N 钢 N1 0.09 0.42 1.30 0.01 0.006 0.10 0.005 0.0036 V 钢 B1 0.10 0.41 1.40 0.01 0.006 ― 0.005 0.0032 C-Mn 钢 取Ф8×12mm规格的试样，在Gleeble 3500模拟机上进行了热模拟研究，将三种试验材料在1200℃保温600s进行固溶处理后，快冷到1050℃变形50%，接着继续冷至870℃变形5%并保温900s，然后分别水淬和650℃等温200s后水淬到室温，工艺如图1所示。龚维幂等人[5]的工作表明，上述工艺促进V(C,N)在奥氏体中的析出。另外还制备了V-N钢870℃变形5%后未经保温900s直接水淬和650℃等温200s后水淬到室温的试样。 650℃等温200s的对奥氏体和铁素体的晶粒尺寸进行测算。 图1 热模拟工艺示意图 3 试验结果 对V-N钢、V钢、C-Mn钢及未经870℃保温的V-N钢四种试样，水淬以及等温转变200s后得到的奥氏体、铁素体组织进行观察，并测算了其晶粒尺寸。从图2中可以看出，经过高温下析出处理的V-N钢奥氏体晶粒最细小，同样在870℃变形后保温900s的V钢和C-Mn钢的奥氏体晶粒则比较粗大，而是未经过析出处理的V-N钢，虽然没有经过高温下长时间保温的长大过程，但其奥氏体晶粒尺寸仍然比经过析出处理的略为粗大，这表明V(C,N)的析出具有明显的阻碍奥氏体晶粒长大的作用。 图2给出了四种试样在650℃等温200s后水淬冷到室温的金相组织，从图中可以看出，经过析出处理的V-N钢中铁素体晶粒尺寸最为细小，而C-Mn钢的则最为粗大。 870℃淬火到室温得到的奥氏体晶粒 650℃等温200s后淬火到室温的组织 V-N 1钢 （经过析出处理） V-N 2钢（未经过析出处理） V 钢 C-Mn钢 图2 四种试样的奥氏体晶粒和650℃等温转变后的组织 根据相应的奥氏体、铁素体晶粒尺寸，分别计算了四种试样的相变细化比率，如图3所示。从图3可以看出，经过析出处理的V-N 1不仅奥氏体晶粒尺寸和铁素体晶粒尺寸均比C-Mn钢细小，而且相变比率也比C-Mn钢的大，表明V-N钢中具有明显的晶粒细化效果；而没有经过析出处理的V-N 2虽然由于没有高温保温时奥氏体晶粒的长大，其奥氏体和铁素体晶粒尺寸均比V钢和C-Mn钢细小，但是其相变细化比率与V钢和C-Mn钢大致相当，远低于经过析出处理的V-N钢的水平。 试验材料 C-Mn钢 V钢 V-N 1（未经析出处理） V-N