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低碳鐵素體－珠光體鋼通過微合金化處理后依靠晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化能夠獲得的屈服強(qiáng)度極限一般不會(huì)超過600MPa。要想得到屈服強(qiáng)度600MPa以上的超高強(qiáng)度鋼，貝氏體或馬氏體的組織強(qiáng)化是必要的。

由于貝氏體是鋼中最復(fù)雜的組織，至今人們對(duì)貝氏體相變的機(jī)理還沒有形成完全一致的認(rèn)識(shí)。貝氏體轉(zhuǎn)變過程中對(duì)碳是通過α/γ相界面擴(kuò)散還是在過飽和鐵素體中體擴(kuò)散仍然存在爭(zhēng)論。另外，貝氏體相變溫度低，析出相更細(xì)小，實(shí)驗(yàn)觀察也更加困難。這些因素一直制約了微合金化元素析出相在貝氏體鋼領(lǐng)域中的研究工作。最新的技術(shù)發(fā)展為人們開展這一方面的研究創(chuàng)造了條件。

貝氏體鋼應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，從高碳鋼一直到超低碳鋼都有應(yīng)用。在超低碳貝氏體鋼領(lǐng)域，由于其良好的強(qiáng)韌性匹配，近年來獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高貝氏體鋼的強(qiáng)度，在細(xì)化貝氏體組織的同時(shí)，充分發(fā)揮析出強(qiáng)化的作用是非常重要的。在歐洲煤鋼聯(lián)盟的支持下，歐洲相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)及鋼鐵企業(yè)合作對(duì)釩、鈮、鈦微合金化在貝氏體鐵素體中的析出反應(yīng)開展了深入的研究工作，取得了許多有意義的成果。

與多邊形鐵素體相變相比，貝氏體相變溫度更低，速度也更快，因此，貝氏體鐵素體處于亞穩(wěn)狀態(tài)，有可能存在大量過飽和的碳，即貝氏體鐵素體中能夠參與析出反應(yīng)的碳有可能要比多邊形鐵素體中的高很多，這大大增加了碳氮化物在貝氏體鐵素體中析出的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力。熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，微合金碳氮化物在350~450℃溫度范圍內(nèi)的貝氏體鐵素體中形核的驅(qū)動(dòng)力比600℃時(shí)多邊形鐵素體中形核的驅(qū)動(dòng)力高2~3倍。這些因素為微合金碳氮化物在貝氏體鐵素體中的析出創(chuàng)造了條件。

圖1顯示了V-N微合金化低碳貝氏體鋼中碳氮化釩析出相的高分辨掃描電鏡（HRSEM）照片。圖中可見，細(xì)小的V(C,N)顆粒在貝氏體鐵素體中析出。析出相的形貌與貝氏體形態(tài)有關(guān)，粒狀貝氏體中的析出相彌散隨機(jī)分布，板條狀貝氏體中的析出相出現(xiàn)類似相間析出的成排分布。貝氏體鐵素體中的V(C,N)析出顆粒都非常細(xì)小、均勻，并且析出相也十分穩(wěn)定。說明V(C,N)析出相是在貝氏體鐵素體板條形成過程中析出，一旦貝氏體板條完成相變，析出相的長大也隨之停止。

圖1  V(C,N)在0.1%C-0.20%V-0.015%N的低碳貝氏體鋼等溫過程中的析出相

a，b—550℃/1800s；c，d—450℃/1800s

在貝氏體鐵素體中析出的碳氮化釩的形貌也是以薄片狀為主，如圖2所示。研究發(fā)現(xiàn)，析出相與貝氏體鐵素體之間的晶體學(xué)取向關(guān)系符合B-N位向關(guān)系。

圖2  貝氏體鐵素體中V(C,N)形貌 TEM照片

含釩的低碳貝氏體鋼中（0.1%C），貝氏體鐵素體中碳氮化釩析出相有三種類型：（1）位錯(cuò)線上的析出相；（2）類似相間析出呈層狀分布的析出相；（3）球狀析出相。貝氏體鐵素體中最常見的碳氮化釩析出相是在位錯(cuò)線上形核的析出相，如圖3a~d所示，析出相形貌以薄片狀為主，它們與貝氏體鐵素體基體保持共格或半共格關(guān)系。詳細(xì)的形貌觀察結(jié)果表明，大量的碳氮化釩析出相是在貝氏體鐵素體板條長大過程中析出的，因此出現(xiàn)了類似相間析出的成排析出相，見圖4。TMCP工藝處理的含釩鋼中，貝氏體鐵素體中還觀察到碳氮化釩的球狀析出顆粒，如圖5所示。這種析出相尺寸稍大一些，很可能是發(fā)生在形變帶上的應(yīng)變誘導(dǎo)析出所致。

圖3  位錯(cuò)線上析出V(C,N)顆粒TEM照片

a—550℃/300s；b—550℃/1800s；c—500℃/300s；d—500℃/1800s

圖4  類似相間析出的V(C,N)析出相

a，b—550℃/300s

圖5  析出的球狀V(C,N)顆粒TEM照片

a—550℃/300s；b—550℃/1800s