【doc】微合金中C非调质钢中析出相的精细结构和微区分析

【doc】微合金中C非调质钢中析出相的精细结构和微区分析 微合金中C非调质钢中析出相的精细结构 和微区分析 一 q ?44? 斩蜘嗍质卅 糈构缎分听 本钢技术'1993筚第J期 微合金中C非调质钢中析出相 的精细结构和微区分析 钢研所张涛Tf4f - , 1前言 微合金中C非调质钢是一种省去热处 理工序的节能新材料七十年代初,西德 的SUdweSt01en钢厂与本茨汽车公司合 作,研制这种新材料,用49MnVS3钢取 代调质中C钢制造汽车的曲轴,后来又用 45V钢顶替列质中C钢制造汽车的连杆, 调质钢的化学成分,其特点是在中C钢的 基础上添~flVTi等微量合金元素,其优点 在于经锻造(或热轧)并空冷(或控冷) 后,就可达到曲轴,连杆部件所要求的强 度,塑性和韧性等,而强化机制与一般调 质钢不同之处在于,它是靠微合金元素的 析出而得到强化,采用这种钢可省去词质 及校直,去应力圆火等工序,从而可节省 大量的能源,缩短生产周期,降低产品成 本等.凶此把它应用于我国汽车工业, 特别是轿车生产行业中,对于加速轿车生 产国产化进程,提高经济效益,降低能耗 等方面都起到积极的推动作用,有着可喜 的发展前景. 本文利用透射电镜和能谱分析法对微 合金中C非调质钢49MnVS.和5V钢的细 小析出相进行了高倍观察和微区分析,以 便弄清它们的精细结构,分布特征及与基 体的位向关系. 2试验材料及方法 试验材料是上钢五厂生产的9MnV s3和45V钢,其化学成分如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf J. 哀1化学成分(%) 910—31545VD.445j.050.0260.0160.190.07D.19D.I20.0200.020D.09一 .……一…—,一…一_目rl—nI…—一日_______q?___-ll_?_-__??1??-? ?_l___-l__?_ 49MnVS8和45V钢都是经过电炉冶 炼,茼者还增加了炉外精炼,钢锭分别轧 成180方和120方,钢坯经连续冷却后,沿 轧向的横向切取试样.由于是中C钢,样 ^经定量金榴俭测,先共析铁索体的百分 数为2()%左右,其余为层状珠光体,说明 样品的显微组织是以珠光为体主.由线切 割机截取0.15ram厚的薄片,手工减薄至 0tlin以下,用10%的高氯酸酒精溶液做 双喷液,制成薄膜样品后,在PhiliPs的 jM一20电镜中进行高倍观察,照相和能 沿分析,由于所观察的析出相微小,所以 ? ? j993年第期本钢技术?45? 放大倍数一般在五万倍以上. 3实验结果 3.1析出相的形貌与分布特征 从固态相变的意义上说,由于V等微 合金元素的碳化物,氮化物或碳氮化物, 在Y—Fe中的溶解度远大于在a—Fe中的 溶解度,所以微合金钢经奥氏体化后, 在珠光体转变温度区间连续冷却过程中, 过冷奥氏体分解的同时,微合金元素的碳 化物,氮化物或碳氮化物会析出. 49MnVS3和45V钢,由于它们的化学 成分,特别是V含量接近,其析出相的分 布,形貌也大致相同.从尺寸上看,析出 相颗粒均可分三类;一是高度的弥散细小 颗粒,呈点状分布,尺寸为20—50埃,而 且其间距与它们的大小相当;第二类,弥 散分布的微小颗粒中存在大小为50一j50 埃左右,间距在0.jm左右的小粒,而以大 小在50埃以下的细小颗粒为主,上述两类 析出相均与基体保持着一定的位向关系, 般大于200埃,有些 笫三类是大颗粒,— 可以达到500—700埃左右,其中有呈方状 的,有呈圆状的,间距在0.2p.m左右,并 且在49MnVS3钢中出现的几率大. 从分布上来看.对于细小颗粒(包括 第一,二类析出相)不仅弥散地分布在先 共析铁索体,以及珠光体的铁素体中, 而且还分布在位错线,晶界和亚晶界上, 对于位错,晶界亚晶界及铁素体的强化起 着很重要作用,而大颗粒则只有在珠光体 区的铁素体中才能观察到. 3.2晶格常数的测定 利用选区电子衍射法,对49MnVS3 和5V钢的薄膜样品中析出相的衍射斑点 进行了比较,结果所得到的衍射图形完全 相同,说明两种析出相为I司一种微合金元 素的碳氮化物. 已知相机常数为L=16ram埃.根据 指数标定情况,利用布拉格方程求出 a=4.13?0.04埃 已知VC的品格常数a=.16埃,VN 的a=.如埃,实际上,钢中很少有纯净 的VC或VN,由于它们的晶型相近,都 是fCC结构,所以往往互相固溶,随着互 溶程度的变化,其点阵常数也发生变化. 析出相晶格常数的实测数值均在VC 和VN晶格常数之间,由此推理,这种析 出物可能是V的碳化物或碳氮化物的固溶 体. 3.3钒碳氮化物与铁素体位向关系 用透射电镜对金属薄膜进行选区衍射 获得两种典型取向的衍射图: 3.3.j对先共析铁素体医进行选区 衍射 从衍射图获得位向关系 (0j1),,(jJ4) Gc—Fe/V(CN, (j0D],/(j加] a—Fe//V(CN) 3.3.2对珠光体中铁素体进行选 区衍射 从衍射图获得位向关系 第一个晶带(jj4]与基 V(CN) 涔的位向关系同第一种取向关系刚好一 致. 笫二个晶带E011]与基体 (Tiv)(CN) 位向关系为: (011)口一Fe//(013)(TiV)(CN) (211)0【一 Fe//(200)(TiV)(CN) [200]Fe//(331~(TiV)(CN) ?46?本钢技术 3.能谱成分分析 为了进一步证实析出相的成分,利用 EM420电镜的X一射线能谱仪,对各种不 同尺寸的颗粒进行了微区成分分析. 对于较小而且非常弥散分布的颗粒, 由于其尺寸小于分析区域的直径200A.) 我们只能用对比的方法,在析出相集中的 地区和析出槲间隔(接近基体成分)的地 区进行分析.结果比较明显的反映出,析 出相处V含量较高,证明细小的析出相是 V的碳氮化物. 对于大颗粒的析出相,能谱分析的结 果表明,有些颗粒不是单的V的碳氮化 物,而且同时含有Ti和V元素,其浓度之 比值(Crl/Cv)与颗尺寸的关系见表2 表2浓度比值CTi/Cv与析出相颗 粒尺寸的关系 CTi/CV0.170.22j.802.25 颗粒尺寸(IIlTI)27.7830.9561.JJ84.8j 可见随着颗粒尺寸的减/J~CTi/Cv浓 度之比也递减,这说明析出相颗粒大小与 TiC的析出有关. 4讨论 4.』析出相的形成与精细结构 钢中的析出相的溶解度可用溶度积受 反应出来,其关系为: 1g[A]?EB3:P—Q_/T 式中A,B为溶质,P,Q为常数,T为 绝对温度,溶度积表示碳氮化物在奥氏体 中平衡时的固溶限度,对于本文所用钢中 的TiC,VC和VN的溶度积公式为: 1g[%Ti](%C3=4.92—10475/T(k) 1g[%V][%C]=6.72—9500/T(k) Ig(%V][%N3:3.40—8330/T(k) 利用上述公式计算,所得到后两式和 1993年第1期 碳氮化物完全溶体的温度是TiC一1236.9 ?,VC一911.9?,VN,jJ2.5?)按49Mn VS3成分计算的).需要指出的是由于是 连续冷却,析出相开始析出的温度要比固溶 温度低一些,资料表明,固溶温度的顺序 为,V<Nb<Ti,而低C微合金钢中Nb 固溶温皇J2'JO?以上.很明显,在高 温奥氏林区(j200?)只有Ti析出,而在 j200以下V的C氮化物也开始析出,因此, 大颗粒含Ti高,丽小颗粒含Ti低.其Cri? /Cv之比值,随着颗粒尺寸的减少而递减 是不难理解的,另外,根据溶度积的分 忻,很容易使人们推测大颗粒和小颗粒具 有不同的结构:前者有TiC的核心,而 后者没有,是的碳氮化物. 再者,大颗粒基本是在珠光体区靠近 渗碳体片层,这可解释为:由于奥氏体转 变过程中珠光区成分起伏和能量起伏都比 较大,靠近渗碳体形成区的C浓度比较 高,TiC和V的碳化物就比较容易析出, 且长大也较快,从而颗粒的尺寸比较大. 对于V的析出往往分为三个阶段:一 是在温度较高时(0800C,以上)从奥氏体 中析出,析出产物只有VN,二是随温度 的下降(080'U以下),两相区析出产物 为V(CN,最后在过饱和铁素体中析出的 产物才是VC.由此可以解释在弥散的细 小颗粒中存在较大颗粒是由于VN的首先 析出,由予钢中N含量比较低,析出的量? 比较少,因此间距较大,在钢中珠光体区 可以看到有少量球状的FeS出现,其原因 是由于钢中S的含量比较高. 4.2析出相与基体的琅向关系 对于析出与基体的取向关系,前人做 的工作,主要着重在低碳微合金元素中微 量元素的碳氮化物上进行较细致的分析, 针对铁素体中析出相与基体的取向关系, ? 』993年第j期本钢技术?47? 比较有代表性均肖Baker—utti/2g.他 汹关系(100)MC//[1oo3ai[1oo3MC [1103[6]具体对V分析的有(O11) //(010)vc[111]0【//[10i3vc等芙 系资料介绍也众说不一,值得注意的有 以下三点:其一,资料中没有提到中碳微 合金钢的位向关系问题;其二,以上关系 都是在等温情况,而没有涉及连续冷却的 情况;其三,上述关系都是针对先共析铁 素体中析出相与基体的取向关系而言的, 而没有说明球光区的情况,由于49MnVS3 和45V钢中均以珠光钵为主(占五分之四) 所以对于研究珠光体区铁素体中析出相的 取向特征就更为重要,分析实验结果表明, 珠光体区铁素体中析出相与基体有两种取 向关系,一种与先共析铁素体中析出相的 位向关系相同,可以认为是弥散的细小颗 粒在过饱和铁素体中析出时与基体保持的 位向关系,第二种关系为珠光体区铁素体 中析出相所特有的一种位向,估计是由于 领先析出的大颗粒析出相的晶核与基体保 持的种取向关系. 5结论 对于49MnVS3和45V钢中析出栩主 要是V的碳氮化物V(CN),同时出现一 种复杂的析出相为Ti,V的碳氮化物(Ti V)V(CN). 49MnVS3和45V析出相优先沉淀在 位错线及亚晶界上,无论是先共折相,还 是共析相在铁素体晶内均有大量弥散析 出,呈点状分布. 析出相分三类:,类微小颗粒2O一 50A.间距50A.以内; 二类小颗粒50一ISOA., 间距0.jbtm; 三类大颗粒200—7D0 A.,间距0.2btm.. 析出相与基体的取向关系: 铁素体相中(o11)a—Fe//(114) v(cN) C100]0【一Fe//(1l0]v(CN) 在珠光体区铁素体中持有取向关系: (0ii)0【一Fe//(013(TiV)(CN) C2113— Fe//C200](TiV)(CN) (2OD]0【一FeI1:331](Tiv)(CN) 析出相中大颗粒一般出现在珠光体区 的铁索体中,靠近渗碳体,而且析出相中 Ti和V浓的比值是随颗粒尺寸减小而递 减,这象在49MnVS3中表现得更为突出, 参考文献略 高强度高韧性铁素体耐热钢 日本新日铁研制iI}一种强度,切W:j%以上,Co:j.5%以上-而且使 性铁素体耐热钢.钢的成分按重量计算,W—Co?0,其余是Fe和杂质.其特点 C:0.03"-'0.2%,Si:0.05"--,j%,Mn:是适当平衡添加W和Co炼制特定成分的 0.j,j.5%,Cr,8,j3%,Ni:0.0j,铁素体耐热钢,这种钢具有高韧性和高强 j,M0:0.5"-'1.5,V:0.05"--'0.5%度., Nb:0.0j,0.j5,N:0.002,0.j, 华哲摘译自(《公开特报公报平3~53047