3.4鋼中的相間沉淀

1、3.4 3.4 鋼中的相間沉淀鋼中的相間沉淀序言序言l20世紀世紀60年代在研究熱軋空冷非調(diào)質(zhì)低碳年代在研究熱軋空冷非調(diào)質(zhì)低碳高強度鋼時，發(fā)現(xiàn)微量高強度鋼時，發(fā)現(xiàn)微量Nb、V等元素有效等元素有效地提高強度。透射電子顯微鏡觀察表明，地提高強度。透射電子顯微鏡觀察表明，這種鋼在軋后冷卻過程中析出了細小的特這種鋼在軋后冷卻過程中析出了細小的特殊碳化物顆粒，直徑約為殊碳化物顆粒，直徑約為5nm，呈不規(guī)則，呈不規(guī)則分布或點列狀規(guī)則分布。認為是碳化物在分布或點列狀規(guī)則分布。認為是碳化物在鐵素體鐵素體-奧氏體界面上呈周期性沉淀的結(jié)果。奧氏體界面上呈周期性沉淀的結(jié)果。故將其稱為故將其稱為“相間沉淀相間沉淀”。

2、“相間沉淀相間沉淀”的本質(zhì)的本質(zhì)l相間沉淀本質(zhì)上是偽共析，其產(chǎn)物本質(zhì)上是奧相間沉淀本質(zhì)上是偽共析，其產(chǎn)物本質(zhì)上是奧氏體偽共析分解的結(jié)果，是鐵素體基體上分布氏體偽共析分解的結(jié)果，是鐵素體基體上分布著的點列狀碳化物的有機結(jié)合體，是偽珠光體著的點列狀碳化物的有機結(jié)合體，是偽珠光體的一種特殊的組織形貌。的一種特殊的組織形貌。l由于過冷奧氏體分解溫度較低，原子擴散較慢，由于過冷奧氏體分解溫度較低，原子擴散較慢，尤其是尤其是Nb、V等原子擴散速度慢，但形核率高，等原子擴散速度慢，但形核率高，因而形成碳化物極為細小的一種的組織形態(tài)。因而形成碳化物極為細小的一種的組織形態(tài)。為為(FMC)的偽珠光體組織。的偽珠

3、光體組織。 1.“1.“相間沉淀相間沉淀”熱力學熱力學奧氏體和珠光體自由焓與溫度的關(guān)系 n熱力學特點；自由能熱力學特點；自由能F（鐵素體滲碳體）（鐵素體滲碳體）F奧氏體奧氏體，但是，但是 F（鐵素體（鐵素體MC）F奧氏體奧氏體2 2“相間沉淀相間沉淀”產(chǎn)物的組織形貌產(chǎn)物的組織形貌TEM，0.38C,1.1V鋼，鋼，1000正火，正火，VC的相間沉淀的相間沉淀V4C3V4C3顆粒點顆粒點列狀分布列狀分布VC顆粒在鐵素體基體顆粒在鐵素體基體上不規(guī)則分布上不規(guī)則分布低碳鋼在形變誘導情況下，滲低碳鋼在形變誘導情況下，滲碳體也可以發(fā)生碳體也可以發(fā)生“相間沉淀相間沉淀”。將將0.087%C0.087%C，

4、0.25%Si0.25%Si，0.51%Mn0.51%Mn，0.017%Nb0.017%Nb鋼試樣，鋼試樣，升溫到升溫到11771177，保溫，保溫3min3min，然，然后，冷卻到后，冷卻到780780，壓縮變形，壓縮變形，變形后水淬火。變形后水淬火。 組織形貌組織形貌l在鐵素體基體上碳化物呈現(xiàn)點列狀排列在鐵素體基體上碳化物呈現(xiàn)點列狀排列（不連續(xù)的片狀珠光體），碳化物列與原（不連續(xù)的片狀珠光體），碳化物列與原/界面平行。界面平行。l如果入射電子束與原如果入射電子束與原/界面不平行，則界面不平行，則不呈現(xiàn)點列狀。碳化物顆粒直徑可以小到不呈現(xiàn)點列狀。碳化物顆粒直徑可以小到5nm。l碳化物與鐵素體

5、之間有位向關(guān)系。碳化物與鐵素體之間有位向關(guān)系。3 3析出機理析出機理日本大森請也日本大森請也19761976年提出一個學說：年提出一個學說： 奧氏體化后的低合金鋼，迅速冷卻到奧氏體化后的低合金鋼，迅速冷卻到A A1 1以下某一溫度，恒溫保持，首先在奧氏以下某一溫度，恒溫保持，首先在奧氏體晶界上形成鐵素體。體晶界上形成鐵素體。 在鐵素體在鐵素體- -奧氏體界面上奧氏體的這一奧氏體界面上奧氏體的這一側(cè)，由于鐵素體的析出，碳濃度升高，由側(cè)，由于鐵素體的析出，碳濃度升高，由于于/相界處奧氏體碳濃度增高，鐵素體相界處奧氏體碳濃度增高，鐵素體的繼續(xù)長大受到了抑制。這時，在碳濃度的繼續(xù)長大受到了抑制。這時，

6、在碳濃度最高的最高的/相界處將析出碳化物，并使得相界處將析出碳化物，并使得奧氏體一側(cè)的碳濃度降低。奧氏體一側(cè)的碳濃度降低。伴隨碳化物析出，鐵素體向奧氏體推進伴隨碳化物析出，鐵素體向奧氏體推進 a ac c）鐵素體析出后的奧氏體中碳濃度）鐵素體析出后的奧氏體中碳濃度 b b碳化物析出后奧氏體中的碳濃度分布碳化物析出后奧氏體中的碳濃度分布 注：此學說是經(jīng)典的體擴散觀點，注：此學說是經(jīng)典的體擴散觀點，已經(jīng)過時。已經(jīng)過時。相間沉淀實質(zhì)上是珠光體共析分解過程。相間沉淀實質(zhì)上是珠光體共析分解過程。l是是F F碳化物（碳化物（VCVC、NbCNbC、FeFe3 3C C等）共析共生等）共析共生的過程，在過冷

7、奧氏體的界面上形核，晶核的過程，在過冷奧氏體的界面上形核，晶核包括（包括（F+MCF+MC）兩相，然后一起長大，由于合）兩相，然后一起長大，由于合金元素金元素V V、NbNb含量低，含量低，V V、NbNb等合金元素的原等合金元素的原子擴散速度慢，擴散的距離很小，加之碳含子擴散速度慢，擴散的距離很小，加之碳含量也低，單位體積中可能供給的碳原子數(shù)量量也低，單位體積中可能供給的碳原子數(shù)量少，不能長大成片狀，而形成細小顆粒，隨少，不能長大成片狀，而形成細小顆粒，隨即終止長大，而呈現(xiàn)顆粒狀，或呈點列狀分即終止長大，而呈現(xiàn)顆粒狀，或呈點列狀分布。布。l相間析出實質(zhì)上屬于偽共析分解。相間析出實質(zhì)上屬于偽共

8、析分解。相間沉淀示意圖相間沉淀示意圖臺階長大模型臺階長大模型相間沉淀出的碳化物顆粒與鐵素體具有一相間沉淀出的碳化物顆粒與鐵素體具有一定的晶體學位向關(guān)系。定的晶體學位向關(guān)系。 釩鋼中的釩鋼中的V4C3與與的位向關(guān)系為：的位向關(guān)系為： （100） V4C3/(100) 010 V4C3 /011 或者：或者： 100 VC/ 100 VC / 相間析出的溫度范圍相間析出的溫度范圍0.2-0.8%V0.2-0.8%V的釩鋼連續(xù)冷卻時相間析出的范圍的釩鋼連續(xù)冷卻時相間析出的范圍相間沉淀溫度范圍很窄相間沉淀產(chǎn)物對鋼材的強化作用相間沉淀產(chǎn)物對鋼材的強化作用l相間析出的鋼具有較高的強度和硬度。相間析出的鋼具有較高