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氮在含釩鋼中的作用 系列二:氮對(duì)細(xì)化晶粒的作用 顯著細(xì)化鐵素體晶粒

通常認(rèn)為,氮是鋼中有害的雜質(zhì)元素,能使鋼產(chǎn)生時(shí)效脆化。但是在含釩鋼中,氮的性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)適當(dāng)增加含釩鋼中的氮含量時(shí),不僅可以顯著提高含釩鋼的強(qiáng)度,還可以明顯細(xì)化含釩鋼的鐵素體晶粒,改善了含釩鋼的綜合性能。


01
促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的形核


氮能促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體(IGF)的生成,顯著細(xì)化鐵素體晶粒。龔維冪等人對(duì)比研究了V-N鋼和V鋼對(duì)晶內(nèi)鐵素體形核和細(xì)化鐵素體晶粒的影響,如圖1所示。由金相照片可以看出,N對(duì)晶內(nèi)鐵素體的形成有顯著影響。在V鋼中添加0.014%N,使晶界鐵素體和晶內(nèi)鐵素體數(shù)量大大增加,當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為2s(見圖11a和圖12a)時(shí),V-N鋼中生成了大量晶界鐵素體和部分晶內(nèi)鐵素體,而V鋼中只生成了很少量的晶界鐵素體;隨著等溫時(shí)間的增加,當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為4s(見圖11b和圖12b)時(shí),V-N鋼中生成的晶內(nèi)鐵素體數(shù)量進(jìn)一步增加,而V鋼中只有晶界鐵素體略有增加并且長大,沿晶界連接起來形成環(huán)狀;當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為20s(見圖11c和圖12c)時(shí),V-N鋼中生成了大量細(xì)小的晶內(nèi)鐵素體,而V鋼中生成的鐵素體不但數(shù)量很少,而且尺寸粗大。由此可見,N對(duì)促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成,細(xì)化鐵素體晶粒具有非常重要的作用。

1  V-N鋼和V鋼在1200℃×600s加熱→1050℃形變50%→870℃形變5%→650℃

等溫時(shí)晶內(nèi)鐵素體生成數(shù)量的比較

1-V-N(0.10%V-0.014%N);2-V(0.10%V-0.0036%N);

a,b,c-分別表示等溫2s、4s20s

為深入了解N促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體生成的作用,分別測定了650℃不同時(shí)間(020s)等溫后V-N鋼和V鋼的鐵素體形核總量和晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量,其結(jié)果示于圖2。在含0.10%V的鋼中,添加0.014%N顯著提高了晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量,V-N鋼晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量約是V鋼的6倍,大大細(xì)化了鋼的鐵素體晶粒,因此,釩鋼通過添加適量的氮對(duì)促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成,細(xì)化鋼的鐵素體晶粒是非常有效的。

2  氮對(duì)晶內(nèi)鐵素體形核數(shù)量的影響

02
提高相變細(xì)化比率


眾所周知,相變是鋼鐵材料組織細(xì)化的重要方法之一。為描述這種V-N微合金鋼的鐵素體晶粒細(xì)化現(xiàn)象,許多研究者都采用奧氏體晶粒尺寸Dγ與鐵素體晶粒尺寸Dα的比率來描述,即Dγ/Dα。在V-N微合金鋼的情況下,通過再結(jié)晶控制軋制或熱處理,使VN在奧氏體區(qū)析出。這種相變前析出的VN,將成為相變后鐵素體形核的核心。在奧氏體區(qū)析出的VN越多,則鐵素體的形核密度就越大,相變后鐵素體晶粒尺寸就越細(xì)小,如圖3和圖4所示。

3表明,在相同奧氏體晶粒尺寸下,V-N鋼的相變比率比C-Mn高得多,可見釩和氮提高了相變細(xì)化比率,對(duì)鐵素體晶粒的細(xì)化有明顯影響。同時(shí),奧氏體晶粒尺寸對(duì)相變比率Dγ/Dα也有較大影響,奧氏體晶粒越細(xì)則相變比率就越大。

3  氮和釩對(duì)細(xì)化鐵素體晶粒的影響

4氮對(duì)V-Ti-N鋼鐵素體晶粒細(xì)化的影響表明,在V-N-Ti鋼中,隨著氮含量的增加,在各種不同的冷卻速度下,相變細(xì)化比率都有明顯的提高,這是由于增氮促進(jìn)了碳氮化釩在奧氏體-鐵素體晶界上的析出,有效阻止了鐵素體晶粒的長大,同時(shí),增加了相變后鐵素體的形核位置,起到細(xì)化鐵素體晶粒尺寸的作用??梢钥闯?,為提高V-N微合金鋼的相變比率,需要較高的氮含量。研究結(jié)果表明,較高的氮含量可以促進(jìn)VN在奧氏體區(qū)析出。VN析出量越多,奧氏體晶粒就越細(xì)。因此,較高氮含量的V-N微合金鋼的晶粒細(xì)化,是由VN在奧氏體區(qū)析出,使奧氏體晶粒細(xì)化和相變時(shí)Dγ/Dα相變比增大引起的。

4  氮對(duì)V-Ti-N鋼鐵素體晶粒細(xì)化的影響


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