www.bviltd.cn-久久精品99国产精品蜜桃,国产欧美激情一区二区三区,久久亚洲国产精品123区,www国产成人免费观看视频

在含釩鋼中，氮能促進(jìn)V(C,N)析出，細(xì)化鋼的組織，提高或改善鋼的綜合性能，因此氮就成為釩鋼中的一種有益廉價(jià)的合金元素。氮促進(jìn)釩鋼中碳氮化物的析出與碳氮化物的溶解析出規(guī)律有密切的關(guān)系。圖1示出了微合金化碳化物和氮化物的溶解度，它為選擇微合金化元素指出了方向。由圖1可以看出，VC的溶解度最高，其次是TiC、NbC和VN，其溶解度很接近，以下是NbN和AlN，TiN的溶解度最低。在高溫下VC和VN的溶解度較大，這表明在給定的溫度下加入鋼中的釩都能溶解，為以后析出效應(yīng)的產(chǎn)生創(chuàng)造了前提條件，以利于充分發(fā)揮微合金化元素釩的作用；碳化物和氮化物的溶解度有較大差異是釩的另一個(gè)特點(diǎn)，VN的溶解度比VC的溶解度約低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在各種氮含量的情況下，先形成的V(C_x,N_1-x)總是富氮的，接近二元相VN，V(C_x,N_1-x)中的x值接近于零，只有當(dāng)鋼中的氮被消耗后碳氮化物中的碳含量才開始增加，這表明氮在釩微合金化鋼中起決定性作用。

圖1  微合金化碳化物和氮化物的固溶度積

當(dāng)鋼中氮含量相對(duì)較高、釩含量相對(duì)較低（例如，0.05%V-0.02%N鋼）時(shí)，釩和氮的理想化學(xué)配比ω(V)/ω(N)＜3.64時(shí)，加入鋼中的釩完全形成VN固定鋼中所有的釩后，氮含量仍有富裕，在整個(gè)范圍內(nèi)V(C_x,N_1-x)中的x值均小于0.3（見圖2），由圖可以看出，在較高的溫度下（例如1000℃），氮含量對(duì)x值幾乎沒影響，x值趨近于零，這是由于VC和VN在高溫下均有較高的固溶度所致，隨著氮含量的降低，x值逐漸增大；當(dāng)鋼中氮含量相對(duì)較低、釩含量相對(duì)較高（例如，0.01%C-0.02%N鋼）時(shí)，釩和氮的理想化學(xué)配比ω(V)/ω(N)＞3.64時(shí)，加入鋼中的氮完全形成VN固定鋼中所有的氮后釩含量仍有富裕，在接近碳氮化釩全固溶的溫度下x值也比較小（見圖3）。

圖2  0.10%C-0.10%V鋼的溫度和氮含量對(duì)x值的影響

圖3  0.10%C-0.02%N鋼的溫度和釩含量對(duì)x值的影響

與氮含量對(duì)x值的影響相比，碳含量的影響相對(duì)較小，如圖4所示，隨著碳含量的提高x值逐漸增加。

圖4  0.02%N-0.010%V鋼的溫度和碳含量對(duì)x值的影響

氮對(duì)奧氏體中析出的影響體現(xiàn)在如下方面：

（1）氮提高V(C,N)在奧氏體中析出的驅(qū)動(dòng)力。關(guān)于氮促進(jìn)V(C,N)在奧氏體中析出的影響，方芳等人曾進(jìn)行過較深入的研究。鋼中第二相析出時(shí)取決于相變自由能的大小。采用Thermo-calc熱力學(xué)軟件及其數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，計(jì)算了V(C,N)的析出體積自由能ΔG_V，其結(jié)果示于圖5。這里以體積自由能ΔG_V作為V(C,N)的析出驅(qū)動(dòng)力。由圖可以看出，氮含量對(duì)析出驅(qū)動(dòng)力有顯著的影響，隨著氮含量的增加驅(qū)動(dòng)力迅速增大，當(dāng)?shù)繌?/span>0.005%增加到0.02%時(shí)，析出驅(qū)動(dòng)力ΔG_V可增大到109J/m³ （圖5c，d）；當(dāng)?shù)康陀?/span>0.01%時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)（圖5a，b），這表明V(C,N)在奧氏體中幾乎不能析出；同時(shí)還可以看出，當(dāng)碳含量從0.05%增加到0.3%時(shí)，析出驅(qū)動(dòng)力ΔG_V沒有明顯的變化。適當(dāng)增加鋼中的氮含量（0.01%~0.02%），可顯著提高V(C,N)在奧氏體中析出的驅(qū)動(dòng)力。

圖5  V(C,N)在1.5%Mn-0.08%V鋼奧氏體中析出時(shí)N含量對(duì)自由能ΔG_V的影響

a-0.05%C；b-0.1%C；c-0.2%C；d-0.3%C;

（2）氮使V(C,N)在奧氏體中析出的PTT曲線左移。氮對(duì)V(C,N)在奧氏體中析出PTT曲線有顯著影響。采用理論計(jì)算方法研究了氮對(duì)V(C,N)在奧氏體中析出PTT曲線的影響，結(jié)果如圖6所示，從圖可以看出，在奧氏體區(qū)的PTT曲線呈典型的“C”形，當(dāng)鋼中的氮含量從0.005%增加到0.020%時(shí)，V(C,N)在奧氏體中析出的PTT曲線明顯左移；鋼中的氮含量從0.015%增加到0.020%時(shí)，V(C,N)在“鼻”點(diǎn)溫度的析出時(shí)間縮短約1個(gè)數(shù)量級(jí)；鋼中的氮含量過低（如0.005%） 時(shí)，V(C,N)不能在奧氏體中析出，只有鋼中的氮含量高于0.010%時(shí)，V(C,N)才能在奧氏體中析出，因此氮含量對(duì)V(C,N)能否在奧氏體中析出起非常重要作用。碳含量對(duì)V(C,N)在奧氏體中析出PTT曲線也有影響，能使PTT曲線右移，但相對(duì)氮來說碳的影響是比較小的，同時(shí)隨著氮含量的增加而減小，當(dāng)?shù)窟_(dá)到0.02%時(shí)，碳含量對(duì)V(C,N)在奧氏體中形核析出的影響幾乎可忽略不計(jì)。

圖6  N含量對(duì)1.5%Mn-0.08%V鋼中的V(C,N)在奧氏體中析出PTT曲線的影響

a-0.05%C；b-0.1%C；c-0.2%C；d-0.3%C;

（3）氮含量對(duì)V(C,N)在奧氏體中的析出有顯著影響。龔維冪等人采用應(yīng)力松弛法測(cè)定了不同氮含量的0.10%C-0.40%Si-1.30%Mn-0.10%V鋼在850℃奧氏體化的應(yīng)力松弛曲線，如圖7a所示，t_s表示V(C,N)析出的開始時(shí)間t_f表示V(C,N)析出的結(jié)束時(shí)間。將不同溫度（800～950℃）下測(cè)得的析出開始時(shí)間和析出結(jié)束時(shí)間作圖，就可得到圖7b所示的析出-溫度-時(shí)間曲線（PTT）。由圖可以看出，0.10%C-0.40%Si-1.30%Mn-0.10%V鋼的PTT曲線呈典型的“C” 曲線形狀，在該試驗(yàn)條件下，“C”曲線存在一個(gè)析出時(shí)間最短的溫度——“鼻子”溫度為870℃。

圖7  采用應(yīng)力松弛法確定的PTT曲線

a-應(yīng)力松弛曲線；b-析出-溫度-時(shí)間曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮含量對(duì)鋼的PTT曲線確實(shí)有顯著影響。在以0.10%C-0.40%Si-1.30%Mn-0.10%V為基的鋼中，當(dāng)?shù)繌?/span>0.0036%增加到0.014%時(shí)，開始析出時(shí)的“C”曲線明顯向左移（即向短時(shí)間方向移動(dòng)），如圖8所示。在870℃下，析出開始時(shí)間從400s縮短到70s，析出開始時(shí)間相差近一個(gè)數(shù)量級(jí)。含釩鋼的主要特征是釩的氮化物的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳化物的溶解度，而且熱力學(xué)的計(jì)算結(jié)果也表明，釩的氮化物具有更大的形核化學(xué)驅(qū)動(dòng)力，這樣，在各種含氮量的情況下，在奧氏體中優(yōu)先析出的總是富氮的V(C,N)，因而添加到鋼中的氮顯著促進(jìn)了V(C,N)在奧氏體中的析出，使PTT曲線明顯向短時(shí)間方向移動(dòng)。

圖8  氮含量對(duì)PTT曲線的影響

為證實(shí)V(C,N)在奧氏體中的析出，在應(yīng)力松弛曲線平臺(tái)上，取t＝t_f時(shí)的試樣直接淬火，制成金相試樣，采用SPEED方法腐蝕后，在S-4300型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察了V(C,N)的析出和分布，結(jié)果如圖9和圖10所示，可以看出，在奧氏體中析出了大量細(xì)小彌散的V(C,N)，直接證實(shí)了V-N微合金化鋼在奧氏體中存在的析出現(xiàn)象。

圖9  V(C,N)析出物的SEM照片

圖10  V(C,N)析出物的能譜

盡管V(C,N)能在奧氏體中析出，但析出物尺寸較大，體積分?jǐn)?shù)也很小。V(C,N)在鐵素體區(qū)的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧氏體區(qū)，因而析出驅(qū)動(dòng)力大大增加，析出物均勻細(xì)小，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的強(qiáng)化作用，所以通過V(C,N)的析出強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度，主要依靠在γ→α相變的最后階段在鐵素體區(qū)中的析出。與鈮、鈦等微合金化元素相比，釩具有較高的溶解度，在通常的熱加工范圍內(nèi)更容易處于固溶狀態(tài)，鋼中通過添加釩，依靠沉淀強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度是最佳選擇。

釩的碳氮化物在鐵素體中的析出主要有兩種形式：相間析出和一般析出；也有研究者認(rèn)為還有一種纖維狀析出。鋼中的氮含量對(duì)各種析出都有重要影響，這里僅簡(jiǎn)單說明。

（1）相間析出。相間析出的溫度通常比較高，在γ→α相變過程中，相變前沿不斷向奧氏體推進(jìn)，在平行于γ/α的界面上，V(C,N)質(zhì)點(diǎn)反復(fù)形核，最終形成片層狀分布的相間析出。相間析出一般發(fā)生在較高的溫度下。圖11中給出了0.1%C-0.12%V鋼在750℃等溫500S時(shí)氮含量對(duì)V(C,N)析出形貌的影響。隨著鋼中氮含量的增加，V(C,N)析出粒子數(shù)量明顯增多，層間間距減小，粒子尺寸減小，彌散度增大，鋼中增氮顯著促進(jìn)了V(C,N)粒子在鐵素體區(qū)中的相間析出。在750℃的較高溫度下，析出相的形核主要發(fā)生在相界上，因?yàn)榇藭r(shí)的析出化學(xué)驅(qū)動(dòng)力較小，自然選擇那些能量上有利的位置即相界處。隨著溫度的降低，鐵素體中的過飽和度增加，生核驅(qū)動(dòng)力增大，形核密度增加，析出相變得更細(xì)小，溫度越低析出相越細(xì)是相間析出的另一個(gè)特點(diǎn)。

圖11  750℃等溫500s時(shí)，氮含量對(duì)0.10%C-0.12%V鋼中相間析出間距和

V(C,N)析出相密度的影響（TEM照片）

a-0.0051%N；b-0.0082%N；c-0.0257%N；d-0.0095%N-0.04%C；

氮含量對(duì)V(C,N)在鐵素體中析出的PTT曲線有顯著影響，如圖12所示。當(dāng)?shù)康陀?/span>0.01%時(shí)，V(C,N)的臨界形核功將隨溫度的降低而減小，但原子擴(kuò)散激活能基本不變，因而，計(jì)算的PTT曲線呈典型的“C” 形曲線特征，鼻點(diǎn)溫度在650～670℃之間；當(dāng)?shù)扛哂?/span>0.01%時(shí)，V(C,N)在位錯(cuò)線的形核率單調(diào)減小，析出開始時(shí)間相應(yīng)增加，PTT曲線呈單調(diào)變化。隨著鋼中氮含量的增加，V(C,N)在鐵素體中析出的PTT曲線將由“C”形曲線轉(zhuǎn)變?yōu)閱握{(diào)曲線。

圖12  N含量對(duì)0.5%Mn-0.07%V鋼中V(C,N)在鐵素體中析出PTT曲線的影響

a-0.05%C；b-0.1%C；c-0.2%C；d-0.3%C;

（2）一般析出。一般析出是V(C,N)在V-N微合金鋼中析出的另一種形式。當(dāng)鋼含有較高的氮時(shí)，在鐵素體基體中將優(yōu)先析出富氮的V(C,N)顆粒。鋼中的氮含量越高，析出顆粒的尺寸就越細(xì)小，彌散度就越大，析出相長(zhǎng)大速率也隨之降低，高氮鋼析出顆粒的長(zhǎng)大速率只為低氮鋼的1/2還弱。

除氮含量可決定V(C,N)析出相的密度和析出顆粒尺寸外，氮的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是：析出開始時(shí)，氮在鐵素體中的溶解量與鋼中的總氮量基本相同或接近。因?yàn)樵阼F素體中氮的溶解量比碳的溶解量更多。在共析溫度下，氮的溶解度約為0.10%，而碳的溶解度只有0.02%。這表明，對(duì)高氮鋼（例如0.020%N）來說，大量的氮能在較大的溫度范圍內(nèi)（800～350℃）固溶在鐵素體中。氮的這個(gè)特點(diǎn)與前面已經(jīng)介紹過的VN比VC溶解度低的特點(diǎn)相結(jié)合，使釩和氮易形成VN，促進(jìn)析出強(qiáng)化。當(dāng)大部分氮被耗盡后，要控制和利用碳來形成富碳的V(C,N)，進(jìn)一步產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用是很困難的，富碳的V(C,N)的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力很小，不能促進(jìn)大量析出，觀察不到進(jìn)一步強(qiáng)化，同時(shí)，鐵素體中的固溶碳含量，是受奧氏體向鐵素體、珠光體和滲碳體的相變過程控制，相互關(guān)系比較復(fù)雜。因此在V-N微合金鋼中增加氮含量，不僅能顯著提高鋼的析出強(qiáng)化效果，而且還能控制強(qiáng)化作用。