V(C,N)在未變形奧氏體中析出的動(dòng)力學(xué)過(guò)程十分緩慢。實(shí)際上，對(duì)于正常成分的含釩鋼，在高于1000℃終軋時(shí)，幾乎所有的釩將在鐵素體中析出，而不會(huì)在奧氏體中析出。當(dāng)鋼中釩和氮含量都比較高時(shí)，少量的釩有可能在奧氏體中析出。在控制軋制過(guò)程中一些固溶態(tài)的釩可以通過(guò)形變誘導(dǎo)以V(C,N)形式在奧氏體中析出。對(duì)Ti-V復(fù)合微合金化鋼，在連鑄過(guò)程或再加熱過(guò)程中(如薄板坯連鑄連軋的低加熱溫度下)，奧氏體中可形成(Ti,V)(C,N)復(fù)合析出相粒子。在釩微合金化鋼中增氮，大大加快了V(C,N)顆粒在奧氏體中的析出過(guò)程。
MnS夾雜物是V(C,N)顆粒在奧氏體中析出的有利位置。圖1和圖2顯示0.10%MnS夾雜物是V(C,N)顆粒在奧氏體中析出的有利位置。圖1和圖2顯示0.10%V-0.020%N釩氮微合金化低碳鋼中V(C,N)析出相的形貌。V(C,N)依靠MnS夾雜物作為形核核心，長(zhǎng)大成為方形的VN析出相，見(jiàn)圖1a。鋼中AlN夾雜物也能作為奧氏體中V(C,N)形核的核心，見(jiàn)圖1b。當(dāng)然，釩氮鋼中有時(shí)還能觀察到其他形貌的奧氏體中的V(C,N)析出相顆粒，見(jiàn)圖2。
圖1 釩氮低碳鋼中VN在MnS、AlN夾雜上的析出
a-MnS上析出的VN；b-AlN上析出的VN
圖2 釩氮微合金化低碳鋼（0.11%C-0.41%Si-1.32%Mn-0.11%V-0.014%N）中MnS夾雜上析出的VN顆粒形貌
LiY等人的研究結(jié)果表明，在薄板坯連鑄連軋的V-Ti-N微合金化鋼中，釩參與高溫奧氏體中的析出，形成V、Ti復(fù)合析出相。V、Ti復(fù)合析出相顆粒在鋼中呈現(xiàn)不同的析出形貌，除了傳統(tǒng)的立方形TiN析出相的形貌外，還可觀察到星形分布的V、Ti復(fù)合析出相(圖3)，以及成串分布的立方形顆粒(圖4)。析出相成分分析結(jié)果表明，這些高溫析出相幾乎是純氮化物，N/(Ti＋V)的摩爾比在0.9～1.1之間。Ti/(Ti＋V)的摩爾比隨析出溫度升高而增加，1050℃溫度保溫時(shí)，析出相中Ti/(Ti＋V)摩爾比在0.2～0.3之間，而溫度超過(guò)1150℃時(shí)，析出相中Ti/(Ti＋V)摩爾比升高到0.40～0.55之間。
圖3 V-Ti-N鋼中星形分布的(Ti,V) (C,N)析出相的TEM照片
圖4 V-Ti-N鋼中立方形狀的(Ti,V) (C,N)析出相的TEM照片
a-鑄態(tài)試樣；b-1100℃溫度均熱
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除夾雜物上產(chǎn)生的復(fù)合析出外，釩氮鋼中V(C,N)顆?？裳卦紛W氏體晶界析出。圖5示出了薄板坯連鑄連軋的釩氮微合金化鋼中，沿原始奧氏體晶界輪廓析出的V(C,N)顆粒形貌，析出顆粒的尺寸范圍在10～40nm的范圍。
圖5 釩氮鋼中V(C,N)顆粒沿原始奧氏體晶界析出
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應(yīng)變誘導(dǎo)析出是微合金化元素在奧氏體中析出的主要方式。特別是對(duì)Nb微合金化鋼，通過(guò)應(yīng)變誘導(dǎo)碳氮化鈮在奧氏體中析出來(lái)達(dá)到阻止回復(fù)再結(jié)晶的目的，這也是含鈮鋼能夠?qū)崿F(xiàn)控制軋制的主要原因之一。在常規(guī)的熱軋變形溫度范圍內(nèi)，碳氮化鈮有很大的析出驅(qū)動(dòng)力，在很寬的變形溫度范圍內(nèi)均可產(chǎn)生應(yīng)變誘導(dǎo)析出，而對(duì)釩微合金化鋼，VC一直到850℃溫度下均可完全固溶于奧氏體中，只有在較高的釩和氮含量情況下，鋼中VN在低于1000℃以下溫度變形時(shí)可以產(chǎn)生少量的析出。
V(C,N)在奧氏體晶粒內(nèi)的應(yīng)變誘導(dǎo)析出取決于鋼中的釩、氮含量以及形變溫度和形變量的大小。對(duì)高氮的含釩鋼，終軋溫度在850～900℃范圍進(jìn)行變形，V(C,N)能夠在奧氏體晶粒內(nèi)部產(chǎn)生誘導(dǎo)析出。圖6顯示，在0.15%C-0.12%V-0.020%N的V-N微合金化熱軋Ｈ型鋼中，可觀察到奧氏體中獨(dú)立析出的V(C,N)析出顆粒，顆粒形貌以立方形為主。
圖6 V-N微合金化熱軋H型鋼中V(C,N)顆粒在奧氏體晶粒內(nèi)部析出
a-應(yīng)變誘導(dǎo)析出V(C,N)顆粒形貌；b-V(C,N)顆粒能譜圖
ZajaC等人深入研究了釩氮微合金化鋼中V(C,N)顆粒在奧氏體中的析出規(guī)律。增加變形量是促進(jìn)V(C,N)顆粒在奧氏體中析出的有效方法。0.10%V-0.02%N的釩氮鋼中，經(jīng)900℃、50%變形后，奧氏體中析出的V(C,N)顆粒明顯增加，見(jiàn)圖7a。奧氏體中析出的V(C,N)顆粒形貌主要為立方形，能譜分析的結(jié)果表明析出顆粒主要為釩的氮化物，見(jiàn)圖7b。析出相的尺寸分布如圖7c所示，顆粒尺寸大小在20～80nm范圍，顆粒分布密度約為0.5/μm。
圖7 釩氮鋼(0.10%V-0.02%N)經(jīng)900℃/50%變形后奧氏體中析出的V(C,N)顆粒
a-V(C,N)顆粒形貌及分布；b-V(C,N)顆粒能譜圖；c-V(C,N)顆粒尺寸分布
奧氏體中析出的V(C,N)顆粒尺寸相對(duì)較大，不能起到析出強(qiáng)化的作用。相反，由于釩在奧氏體中析出減少了基體中固溶的釩含量，導(dǎo)致鐵素體中V(C,N)析出數(shù)量的降低，會(huì)減弱釩的析出強(qiáng)化效果。但是，奧氏體中析出的V(C,N)顆粒為鐵素體形核提供了有效的核心位置，起到誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的作用，從而細(xì)化鐵素體晶粒。圖8給出了晶內(nèi)鐵素體晶粒在V(C,N)顆粒上形核長(zhǎng)大的例子。圖中可見(jiàn)，有四個(gè)晶內(nèi)鐵素體晶核在同一個(gè)VN顆粒上同時(shí)形核長(zhǎng)大。
圖8 釩氮鋼(0.10%V-0.02%N)中晶內(nèi)鐵素體在VN顆粒上形核
奧氏體中析出的V(C,N)誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的技術(shù)為含釩鋼晶粒細(xì)化提供了一條有效途徑。V(C,N)誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核與再結(jié)晶控制軋制技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了新一代的TMCP工藝，在非調(diào)質(zhì)鋼、厚截面鋼板、型鋼等領(lǐng)域獲得了很好的應(yīng)用。
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