钒和钼对微合金化贝氏体钢第二相析出的影响

陈 昕，刘春明

(东北大学 材料与冶金学院，沈阳 110819)

钒和钼对微合金化贝氏体钢第二相析出的影响

陈 昕，刘春明

(东北大学 材料与冶金学院，沈阳 110819)

利用热模拟试验机Gleeble－3800，热模拟试验研究了V、Mo、V+Mo等元素、加热温度、保温时间对微合金化贝氏体钢中第二相析出的影响.结果表明，Nb、V、Ti、Mo的复合加入有利于第二相的析出，加热温度和保温时间对析出量的影响较小.

微合金贝氏体钢;加热温度;保温时间;第二相;析出

在再结晶控轧钢中形成多元微合金碳氮化物，比形成纯的单元微合金碳化物或氮化物更有利于阻止奥氏体晶粒长大［1］265.Nb、V、Ti等微合金元素在钢中的析出比较复杂［2］，影响因素比较多，如钢中微合金元素的含量、钢的加热温度、变形温度、变形停留时间、变形量、变形速率、轧后冷却速度等，都会影响 Nb、V、Ti第二相的析出［3－4］.此外，贝氏体钢中一般含有 Mo［5］，Mo 对Nb、V、Ti多元微合金化钢中第二相的析出是否有影响也需要研究.本研究选择不同的微合金化方案、不同的加热温度和保温时间，在相同的变形条件(4次压下变形，每次变形的变形速率、变形温度、变形量、停留时间、轧后冷却速度固定)下，研究微合金元素，加热温度和保温时间对第二相析出的影响.

1 试验方案及方法

试验钢在实验室采用真空感应炉冶炼.钢中碳的质量分数控制在0.20%;氮的质量分数控制在0.006%.3种微合金方案见表1，均含有微合金元素Nb、Ti，重点研究 Mo、V及Mo+V对第二相析出的影响.铸锭在1 200℃下锻造和热轧成12 mm厚的板材供热模拟试验用.利用Gleeble－3800热模拟试验机，按表2所列的方案进行热模拟试验，其中S1、S2试验钢按表2中试验方案1、2、4进行4次变形的热模拟试验，S3试验钢按表2中试验方案1、2、3、4进行4次变形的热模拟试验.利用透射电镜萃取复型分析上述热模拟试验后钢中第二相的析出及分布情况.

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

表2 热模拟试验方案Table 2 Scheme of thermo－mechanical simulation

2 试验结果

S1试验钢按表2中1、2、4方案进行热模拟试验后，利用透射电镜萃取复型分析获得的第二相析出的情况分别如图1(a)、(b)、(c)所示.可以看出，按照1、2方案热模拟(1 180℃、1 230℃加热，保温8 min后经4次变形，然后以0.2℃/s冷却至250℃，最后空冷到室温)后第二相析出比较多(见图1(a)、图1(b))，按照4方案热模拟(1 260℃加热，保温8 min后与1和2方案一致)后，析出明显减少(见图1(c)))，钢中有先共析铁素体.

图1 S1试验钢按照1、2和4方案热模拟后第二相析出的萃取复型的透射电镜照片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试验钢按表2中1、2、4方案进行热模拟试验后，利用透射电镜萃取复型分析获得的第二相析出的情况分别如图2(a)、(b)、(c)所示.可以看出，温度的影响比较小，并且随着温度的提高，析出数量略有增加.但总体上S2试验钢中第二相析出数量比S1试验钢明显少.

S3试验钢按表2中1、2、3、4方案进行热模拟试验后，利用透射电镜萃取复型分析获得的第二相析出的情况分别如图3(a)、(b)、(c)、(d)所示.总体上，第二相析出量是3个试验钢中最多的，尤其是1 230℃析出数量最多(见图3(c)).

3种试验钢析出第二相的尺寸多在50～100 nm之间，还有少量的第二相的尺寸小于30 nm.

3 讨论

微合金元素对第二相析出量的影响很明显，S2试验钢中不含V、Ti含量较低，第二相析出较少;S1试验钢中V含量(质量分数)达0.095%，不含Mo，第二相析出明显增多，这说明V发挥了促进第二相析出的作用;从微合金元素的理想化学配比方面看，由于Nb比V的理想化学配比高得多(接近一倍)［1］217，所以增加 0.02% 的 Nb 与增加0.01%的V会得到同样的析出量.S3钢与S1钢的微合金元素含量相比，Ti含量相同，V含量较少，Nb含量较高，因此，S3钢的析出量不会比S1多.此外，由于V含量较低(0.054%)，该成分有利于高温析出，第二相析出的分析却表明:S3试验钢不管加热温度高低、还是加热时间长短，第二相析出量确实都明显多于S1试验钢，其中1 230℃、保温8 min析出量最多.

微合金方案不同，第二相析出量对加热温度的敏感程度亦不同.S1试验钢V含量比较高，不含Mo，1 180℃、1 230℃析出量比较多，但1 260℃析出量明显减少.S2试验钢不含 V，含Mo，第二相析出量对温度不敏感.S3试验钢V含量较低，含Mo，第二相析出量对温度的敏感程度不如S1试验钢，不是很敏感.

上述结果说明:V元素确实可以促进第二相析出，增加析出量，但不含Mo时，其析出量很容易随加热温度的升高而减少;V和Mo同时加入，既可以得到比较多的析出量，又可以使析出量对温度不很敏感.

微合金元素不同、加热温度的高低、保温时间的长短对第二相析出物的尺寸没有明显影响，析出第二相的尺寸多在50～100 nm之间.

4 结论

(1)化学成分对第二相析出量有明显的影响，在同时含 Nb、Ti的前提下，加入 Mo，不含 V时，析出量比较少;含有比较高的V，不含Mo时，析出量增多，但此时有先共析铁素体析出;V和Mo同时加入，既可以有较多的、比较稳定的析出量，又能抑制先共析铁素体的析出.

(2)化学成分不同，第二相析出量对加热温度的敏感程度也不同，不含Mo的S1试验钢对温度比较敏感;含Mo的S2、S3试验钢中第二相析出量对加热温度、保温时间不很敏感.

［1］雍岐龙，马鸣图，吴宝榕.微合金钢［M］.北京:机械工业出版社，1989:265;217.

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

［2］雍岐龙.钢铁材料中的第二相［M］.北京:冶金工业出版社，2006:267－428.

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

［3］翁宇庆.超细晶钢——钢的组织细化理论与控制技术［M］.北京:冶金工业出版社，2003.

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

［4］王有铭，李曼云，韦光.钢材的控制轧制和控制冷却［M］.北京:冶金工业出版社，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］贺信莱，尚成嘉，杨善武，等.高性能低碳贝氏体钢:成分、工艺、组织和应用［M］.北京:冶金工业出版社，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.

辽宁省科技攻关计划 (2007221007).

陈昕 (1965—)，女，辽宁鞍山人，东北大学博士研究生，E－mail:agchenxin2005@163.com;刘春明 (1961—)，男，陕西渭南人，东北大学教授，博士生导师，E－mail:cmliu@mail.neu.edu.cn.