热分析技术研究ＩＦ钢回复、再结晶及相变过程

[摘要]利用DSC技术研究IF钢回复、再结晶、相转变行为，指出第二相粒子对冷变形IF钢间段退火过程的影响，通过定量计算再结晶激活能的方法说明第二相弥散析出对再结晶过程的控制作用。DSC定量分析铁的同素异构转变潜热为10J/mol。

[关键词]差示扫描量热DSC 无间隙原子钢

中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310122－01

IF钢也称无间隙原子钢，主要应用于汽车制造工业中，它通常利用几十个纳米以下的第二相粒子强化，使其保持优良的成形性条件下，获得高得强度，以满足超深冲板板的性能要求。回复、再结晶、相变的控制是生产过程中的重要环节，这些行为也成为近年来IF钢研究的重要领域，大量研究无间隙原子钢的资料表明，研究方法多采用光学显微镜、显微硬度仪、扫描电镜及透射电镜等显微分析技术，并且都具有一定的局限性。

热分析技术是研究物质在加热和冷却过程中产生某些化学变化的技术。热分析技术能够原位地反映变形IF钢在加热条件下，第二相粒子与晶体缺陷的交互作用，而且能够准确地获得再结晶激活能和相变潜热，从而弥补显微分析方法误差较大的不足，是一种有效的研究方法。

本文以IF钢为例着重介绍热分析技术在无间隙原子钢回复、再结晶及相变过程中的应用，揭示应用热效应来分析与研究IF钢转变的特点与规律。

一、实验结果与分析

经强烈冷形变的金属材料，由于组织的改变和产生了大量的晶体缺陷，使材料的一系列性能发生了变化，如果能提供热激活的条件，形变金属的性能就能恢复到冷变形前的原始状态。再结晶是形成无畸变新晶粒的退火过程，该过程金相组织明显改变，性能全部复原。回复与再结晶广泛应用于冷形变后的退火工艺，并对热形变与材料高温机械性能有直接影响，往往在固态相变中也伴随发生回复与再结晶。

究回复再结晶过程中的能量变化，形变金属储存了相当数量的弹性畸变能，使系统处于亚稳状态，有力图向稳态转化的趋势，形变金属随热激活条件变化储存能逐渐释放点缺陷减少和位错的再排列，储存能有所将低，这是回复阶段，在再结晶阶段大角度晶界形成和迁移，基体中的位错被吃收到晶界中迅速解体销毁，储存能消失，性能全部回复。这一过程中储存能的释放通过量热仪来记录，以揭示过程的转变规律。

变形储能在两个阶段得以释放，第一阶段为回复，储能在回复的开始阶段比较快，随后变缓，由于回复不存在孕育期，只要受到热作用，就立即发生，所以曲线上不存在平台，当储能释放到第二阶段即为金属的再结晶过程，储能释放由慢到快，出现峰值后下降，直至再结晶完成。

（一）DSC技术与回复过程

DSC技术可以有效的量化回复过程的储能变化，从而深入揭示第二相粒子形态对回复过程的影响。在IF钢中第二相以固溶原子和弥散析出两种形式存在，实验结果表明：固溶原子含量的增加，形变储能更多的通过回复过程释放。因为回复包含了变形金属在再结晶之前的所有初始过程，其中包括点缺陷和位错的湮灭和重新分布以及多边形化，在回复过程中，位错将脱离第二相气团重新排列，第二相固溶原子多，变形时为降低内能形成的Cottrell气团越多，回复过程中因位错与原子分离而释放的储能就越多；另外弥散的颗粒阻碍多边化进程，表现为储能释放减小，因此，随着第二相粒子的析出，变形IF钢回复过程的储能释放会减小。

（二）DSC技术计算再结晶激活能

DSC曲线记录变形金属储能释放、再形开始温度和终了温度及加热速度的关系，显然，储能释放大小是升温速率的函数。再结晶过程所需的激活能可以通过Kissinger方法确定，即：

式中Tf是转变过程的特征温度（再结晶开始、峰、终了温度），Q是加热速率，E是激活能，R是所体常数，K0和βf*都为常数，运用不同升温速率下的再结晶开始温度进行激活能计算，线性拟合得出结果，所计算工的激活能就能够反映再结晶的开始过程。结果表明：在IF钢中第二相粒子的扩散析出强烈地影响着再结晶过程，甚至起控制成为再结晶动力学的主要控制因素，而固溶含量以再结晶的影响处于次要地位。

利用DSC技术，还可以对再结晶峰进行计算，得到材料再结晶分数与温度的转变曲线，可以看出，再结晶开始前存在一个孕育期，随后再结晶速率增大，最后再结晶速率减小。

（三）相变潜热的计算

对于IF钢，当加热温度升高到900℃附近时，发生铁素体向奥氏体的转变，伴随相变潜热的释放，采用DSC法，可以主便地测出这一相变潜热。对相变峰进行计算，得到相变动力学曲线，这一方法可以很好地反映铁素体向奥氏体的转变过程。

二、结论

1．DSC技术原位分析变形IF钢回复、再结晶、相变过程，弥补了显微分析的不足。

2．DSC技术可以有效的量化回复过程的储能变化，在变形IF钢回复过程中的储能的释放随第二相粒子增加而增加。

3．运用DSC技术研究再结晶动力学，说明第二相弥散析出成为变形IF钢再结晶动力学的主要控制因素。

4．DSC技术精确计算金属材料相变潜热，IF钢同素异构转变潜热为10J/mol。

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作者简介：

李俊虎，男，山西太原人，太原钢铁公司，工程师，大学。