釩和鉬對微合金化貝氏體鋼第二相析出的影響

陳 昕，劉春明

(東北大學 材料與冶金學院，沈陽 110819)

釩和鉬對微合金化貝氏體鋼第二相析出的影響

陳 昕，劉春明

(東北大學 材料與冶金學院，沈陽 110819)

利用熱模擬試驗機Gleeble－3800，熱模擬試驗研究了V、Mo、V+Mo等元素、加熱溫度、保溫時間對微合金化貝氏體鋼中第二相析出的影響.結果表明，Nb、V、Ti、Mo的復合加入有利于第二相的析出，加熱溫度和保溫時間對析出量的影響較小.

微合金貝氏體鋼;加熱溫度;保溫時間;第二相;析出

在再結晶控軋鋼中形成多元微合金碳氮化物，比形成純的單元微合金碳化物或氮化物更有利于阻止奧氏體晶粒長大［1］265.Nb、V、Ti等微合金元素在鋼中的析出比較復雜［2］，影響因素比較多，如鋼中微合金元素的含量、鋼的加熱溫度、變形溫度、變形停留時間、變形量、變形速率、軋后冷卻速度等，都會影響 Nb、V、Ti第二相的析出［3－4］.此外，貝氏體鋼中一般含有 Mo［5］，Mo 對Nb、V、Ti多元微合金化鋼中第二相的析出是否有影響也需要研究.本研究選擇不同的微合金化方案、不同的加熱溫度和保溫時間，在相同的變形條件(4次壓下變形，每次變形的變形速率、變形溫度、變形量、停留時間、軋后冷卻速度固定)下，研究微合金元素，加熱溫度和保溫時間對第二相析出的影響.

1 試驗方案及方法

試驗鋼在實驗室采用真空感應爐冶煉.鋼中碳的質量分數控制在0.20%;氮的質量分數控制在0.006%.3種微合金方案見表1，均含有微合金元素Nb、Ti，重點研究 Mo、V及Mo+V對第二相析出的影響.鑄錠在1 200℃下鍛造和熱軋成12 mm厚的板材供熱模擬試驗用.利用Gleeble－3800熱模擬試驗機，按表2所列的方案進行熱模擬試驗，其中S1、S2試驗鋼按表2中試驗方案1、2、4進行4次變形的熱模擬試驗，S3試驗鋼按表2中試驗方案1、2、3、4進行4次變形的熱模擬試驗.利用透射電鏡萃取復型分析上述熱模擬試驗后鋼中第二相的析出及分布情況.

表1 微合金化(質量分數)方案Table 1 Scheme of microalloying(mass fraction) %

表2 熱模擬試驗方案Table 2 Scheme of thermo－mechanical simulation

2 試驗結果

S1試驗鋼按表2中1、2、4方案進行熱模擬試驗后，利用透射電鏡萃取復型分析獲得的第二相析出的情況分別如圖1(a)、(b)、(c)所示.可以看出，按照1、2方案熱模擬(1 180℃、1 230℃加熱，保溫8 min后經4次變形，然后以0.2℃/s冷卻至250℃，最后空冷到室溫)后第二相析出比較多(見圖1(a)、圖1(b))，按照4方案熱模擬(1 260℃加熱，保溫8 min后與1和2方案一致)后，析出明顯減少(見圖1(c)))，鋼中有先共析鐵素體.

圖1 S1試驗鋼按照1、2和4方案熱模擬后第二相析出的萃取復型的透射電鏡照片Fig.1 Transmission electron microscopic photograph of extraction replica of second phase in S1 tested steel thermo－mechanical－simulated according to scheme 1，2 and 4

S2試驗鋼按表2中1、2、4方案進行熱模擬試驗后，利用透射電鏡萃取復型分析獲得的第二相析出的情況分別如圖2(a)、(b)、(c)所示.可以看出，溫度的影響比較小，并且隨著溫度的提高，析出數量略有增加.但總體上S2試驗鋼中第二相析出數量比S1試驗鋼明顯少.

S3試驗鋼按表2中1、2、3、4方案進行熱模擬試驗后，利用透射電鏡萃取復型分析獲得的第二相析出的情況分別如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示.總體上，第二相析出量是3個試驗鋼中最多的，尤其是1 230℃析出數量最多(見圖3(c)).

3種試驗鋼析出第二相的尺寸多在50～100 nm之間，還有少量的第二相的尺寸小于30 nm.

3 討論

微合金元素對第二相析出量的影響很明顯，S2試驗鋼中不含V、Ti含量較低，第二相析出較少;S1試驗鋼中V含量(質量分數)達0.095%，不含Mo，第二相析出明顯增多，這說明V發揮了促進第二相析出的作用;從微合金元素的理想化學配比方面看，由于Nb比V的理想化學配比高得多(接近一倍)［1］217，所以增加 0.02% 的 Nb 與增加0.01%的V會得到同樣的析出量.S3鋼與S1鋼的微合金元素含量相比，Ti含量相同，V含量較少，Nb含量較高，因此，S3鋼的析出量不會比S1多.此外，由于V含量較低(0.054%)，該成分有利于高溫析出，第二相析出的分析卻表明:S3試驗鋼不管加熱溫度高低、還是加熱時間長短，第二相析出量確實都明顯多于S1試驗鋼，其中1 230℃、保溫8 min析出量最多.

微合金方案不同，第二相析出量對加熱溫度的敏感程度亦不同.S1試驗鋼V含量比較高，不含Mo，1 180℃、1 230℃析出量比較多，但1 260℃析出量明顯減少.S2試驗鋼不含 V，含Mo，第二相析出量對溫度不敏感.S3試驗鋼V含量較低，含Mo，第二相析出量對溫度的敏感程度不如S1試驗鋼，不是很敏感.

上述結果說明:V元素確實可以促進第二相析出，增加析出量，但不含Mo時，其析出量很容易隨加熱溫度的升高而減少;V和Mo同時加入，既可以得到比較多的析出量，又可以使析出量對溫度不很敏感.

微合金元素不同、加熱溫度的高低、保溫時間的長短對第二相析出物的尺寸沒有明顯影響，析出第二相的尺寸多在50～100 nm之間.

4 結論

(1)化學成分對第二相析出量有明顯的影響，在同時含 Nb、Ti的前提下，加入 Mo，不含 V時，析出量比較少;含有比較高的V，不含Mo時，析出量增多，但此時有先共析鐵素體析出;V和Mo同時加入，既可以有較多的、比較穩定的析出量，又能抑制先共析鐵素體的析出.

(2)化學成分不同，第二相析出量對加熱溫度的敏感程度也不同，不含Mo的S1試驗鋼對溫度比較敏感;含Mo的S2、S3試驗鋼中第二相析出量對加熱溫度、保溫時間不很敏感.

［1］雍岐龍，馬鳴圖，吳寶榕.微合金鋼［M］.北京:機械工業出版社，1989:265;217.

(Yong Qi－long，Ma Ming－tu，Wu Bao－rong.Microalloy steel［M］.Beijing:Mechanical Industry Press，1989:265;217.)

［2］雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相［M］.北京:冶金工業出版社，2006:267－428.

(Yong Qi－ long.Second phase in iron and steel materials［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2006:267 －428.)

［3］翁宇慶.超細晶鋼——鋼的組織細化理論與控制技術［M］.北京:冶金工業出版社，2003.

(Weng Yu － qing.Steels with superfine grains——refinement theory and control technology of structure of steels［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2003.)

［4］王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻［M］.北京:冶金工業出版社，2009:145.

(Wang You－ming，Li Man－yun，Wei Guang.Controlled rolling controlled cooling of steel materials［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2003:145.)

［5］賀信萊，尚成嘉，楊善武，等.高性能低碳貝氏體鋼:成分、工藝、組織和應用［M］.北京:冶金工業出版社，2008.

(He Xin － lai，Shang Cheng － jia，Yang Shan － wu，et al.High performance low － carbon bainitic steel:composition，process，structure and performance［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2008.)

Effects of V and Mo on precipitation of second phase in microalloyed bainite steel

CHEN Xi，LIU Chun-ming

(School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China)

Effects of alloying elements such as V，Mo，V plus Mo and otherwise，heating temperature and holding time at heating temperature on the precipitation of second phase in microalloyed bainite steel were investigated by using thermo－mechanical simulator Gleeble－3800.The experimental results showed that the combined addition of Nb，V，Ti，Mo is propitious to the precipitation of second phase，and heating temperature as well as holding time at heating temperature have a small effect on the precipitation amount.

microalloyed bainite steel;heating temperature;holding time;second phase;precipitation

TG142

A

1671-6620(2011)03-0209-03

2011-05-06.

遼寧省科技攻關計劃 (2007221007).

陳昕 (1965—)，女，遼寧鞍山人，東北大學博士研究生，E－mail:agchenxin2005@163.com;劉春明 (1961—)，男，陜西渭南人，東北大學教授，博士生導師，E－mail:cmliu@mail.neu.edu.cn.