V(C,N)在奥氏体中析出动力学研究(低合金钢会议).doc

低碳钒氮微合金钢中V(C,N)在奥氏体中的析出动力学研究 杨才福，龚维幂，张永权 钢铁研究总院结构材料研究所, 北京100081 摘要：控制VN在奥氏体中的有效析出是利用VN诱导晶内铁素体细化铁素体晶粒的关键技术。本文采用应力松弛法研究了低碳钒氮微合金钢V(C,N)在奥氏体区的等温析出行为，结果表明,试验钢的析出-温度-时间(PTT)曲线呈典型的“C”形状，本实验条件下析出开始时间最短的“鼻子”温度为870℃左右。增加钢中的碳、氮含量以及形变量等对PTT曲线有较大影响，均使“C”曲线向短时间方向移动，特别是氮含量对V(C,N)析出的影响最显著。在碳含量为0.10％左右的试验钢中，当氮含量从36ppm增加到140ppm时，可使870℃的析出开始时间从400s缩短到70s左右。 关键词：V(C,N) 析出 应力松弛法 氮含量 前言 传统的控轧工艺通常是在低温（奥氏体未再结晶区）大变形的工艺条件下，来细化铁素体晶粒，但由于受轧机、生产速率等条件的限制，长形材、厚壁H型钢等产品通过传统的TMCP工艺获得高强度高韧性的配合是十分困难的。为了寻找细化铁素体晶粒改善强韧性的新办法，人们开展了大量的研究工作，过去在中碳钢中开发的夹杂物冶金和IGF(Intra-granular ferrite)技术为实现这一目标提供了新的思路。Kimura等人通过对不同颗粒上铁素体形核的界面能和驱动力的计算发现，TiN、VN、TiC、VC等颗粒十分有利于铁素体形核[1]。根据这一理论基础，人们开发出了适合在小变形生产条件下获得细晶铁素体组织的新一代TMCP工艺（也称为第三代TMCP工艺）。 付俊岩、孟繁茂等进一步指出VN与bcc-Fe共格性最好，TiN次之。高N-V-Ti钢中VN和TiN为晶内铁素体形核的最佳触媒[2]。在钒氮微合金钢中，利用VN作为晶内铁素体异质形核的核心从而细化铁素体晶粒，正受到日益广泛的关注。众所周知，只有在奥氏体中析出的VN颗粒才能提供形核的位置，并促进IGF的形成。但一般认为，在奥氏体区中VN是很难析出的，对VN在奥氏体中的析出动力学以及控制其析出的影响因素，特别是氮含量和碳含量对VN析出动力学影响的研究还未见公开报道，因此开展这方面的研究具有十分重要的理论和现实应用价值。 试验方法 采用应力松弛来测定微合金钢的析出动力学曲线，被认为是目前最有效地测定析出动力学曲线的方法之一，主要适用于奥氏体中的等温析出动力学等方面的研究[38]，本实验也采用了这种方法。 针对典型用途的结构钢种选取了不同碳、氮含量的四种试验钢，在真空感应炉上冶炼，浇注成50kg的钢锭，其化学成份见表1所示。将上述成份的钢锭加热到1200℃保温后，锻造开坯，终锻温度为1000～1100℃。再将毛坯加热到1200℃，轧成18×130×L(mm)钢板。表1 试验钢的化学成份（wt%） 编号 C Si Mn S P V N(ppm) Als C1 0.20 0.45 1.35 0.006 0.009 0.10 140 0.005 C3 0.11 0.41 1.32 0.006 0.010 0.11 140 0.005 C4 0.06 0.41 1.32 0.006 0.010 0.11 140 0.005 N1 0.09 0.42 1.30 0.006 0.010 0.10 36 0.005 取Ф10×15mm规格的试样，在Gleeble 3500试验机上进行了应力松弛试验，为降低试样轴向温度梯度，采用不锈钢压缩压头，并在试样和压头之间插入低导热性的钽片，以保证试样沿长度方向温度均匀，提高试验精度。将试样以10℃/s加热到1200℃保温600s，再以10℃/s冷到不同的T2温度，保温60s后，以0.1 s－1的应变速率进行变形，然后进行等温应力松弛，试验工艺如图1所示。 对不同保温时间的淬火试样用SPEED法（Selective Potentiostatic Etching by Electrolytic Disslution，）腐蚀，然后在S-4300型场发射扫描电镜上观察了V(C,N)的析出和分布。 图1 等温析出动力学研究工艺示意图试验结果 3.1 典型的析出－温度－时间（PTT）曲线 根据Thermo-Calc软件的计算，四种试验材料在1000－1100℃温度范围以下即已开始平衡析出，参考工业上常用的轧制温度区间，模拟终轧形变的温度T2选取了800－950℃间的5个温度，分别是800℃，850℃，870℃，900℃，950℃，另外选取了5％、10％和15％三种不同的形变量。采用Gleeble-3500试验机测试了应力松弛曲线，应力松弛曲线中的拐点Ps、Pf点分别表示V(C,N)析出的开始时间和终了时间，如图2所示。 图2 试验测得的应力松弛曲线