《微合金元素在钢》PPT课件

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1、第 3章 微 合 金 元 素 在 钢 中 的 作 用 铌 的 理 化 特 性 与 资 源 铌 是 元 素 周 期 表 第 五 周 期 VB族 元 素 ， 元 素 符 号 Nb， 原 子 序 数 41， 相对 原 子 质 量 92.9， 为 难 熔 稀 有 色 金 属 。 金 属 为 钢 灰 色 ， 体 心 立 方 结 构 ， 密 度 8.579 g cm3， 熔 点 2468 ，沸 点 47420 。 铌 在 地 壳 中 的 平 均 含 量 为 0.0024%， 海 水 中 铌 含 量 为 1 10-9%。 铌 的宇 宙 丰 度 为 0.9， 已 发 现 铌 矿 物 约 130种 ， 获 工

2、业 应 用 的 矿 物 7种 。 世 界 铌 探 明 储 量 以 氧 化 铌 计 约 为 3800万 t， 巴 西 为 世 界 最 大 铌 资 源 ， 查明 储 量 2300万 t。 包 头 白 云 鄂 博 铁 稀 土 铌 综 合 金 属 矿 ， 是 中 国 最 大 铌 矿 山 ，储 量 660万 t。 按 目 前 消 费 水 平 计 ， 上 述 铌 储 量 可 供 世 界 使 用 500年 甚 至1000年 。 我 国 的 铌 资 源 有 两 个 不 利 特 点 ： 一 是 铌 矿 石 品 位 偏 低 ； 二 是 共 生 矿 物 复 杂 。 我 国 Nb Fe年 生 产 能 力 仅 40 6

3、0t。 其 它 铌 制 品 合 计 也 只 在 50t左 右 。 2010年 我 国 Nb Fe消 费 量 约 为 10,000t， 消 费 强 度 将 增 长 到 每 吨 粗 钢用 Nb Fe 30g。 钒 的 理 化 特 性 与 资 源 钒 是 元 素 周 期 表 第 四 周 期 VB族 元 素 ， 元 素 符 号 V， 原 子 序 数 23，相 对 原 子 质 量 50.9， 熔 点 1887 ， 沸 点 3377 ， 密 度 6.11g cm3。 致 密 钒 为 钢 灰 色 ， 具 有 良 好 的 可 塑 性 和 可 锻 性 。 钒 原 子 的 外 电 子层 构 型 为 ； 3d24s

4、2， 有 -3、 -2、 -1和 +1 +5共 8种 价 态 ， 其 中 +5价 的化 合 物 最 稳 定 。 钒 和 钒 化 合 物 具 有 一 定 毒 性 ， 其 中 尤 以 +5价 化 合 物 毒 性 最 大 。 钒 的 地 壳 丰 度 为 0.0136%， 已 发 现 钒 矿 物 约 70种 。 世 界 钒 储 量 436.3万 t， 主 要 产 地 为 南 非 、 俄 罗 斯 、 芬 兰 、 美 国 、中 国 。 钒 广 泛 存 在 于 铁 矿 、 石 油 、 页 岩 和 铀 、 磷 、 铅 矿 物 中 。 钒 钛 磁铁 矿 是 生 产 钒 的 主 要 资 源 。 我 国 是 世 界

5、 第 三 大 产 钒 国 ， 攀 枝 花 V-Ti磁 铁 矿 中 ， 已 探 明 V-Ti磁 铁矿 有 近 100万 t， 约 占 全 国 各 类 铁 矿 总 储 量 1 5， 占 世 界 V-Ti磁 铁 矿 储量 的 l 4。 含 V2O5 2000万 t， 占 世 界 钒 储 量 的 58%。 钛 的 理 化 特 性 与 资 源 钛 是 元 素 周 期 表 第 四 周 期 B族 元 素 ， 元 素 符 号 Ti， 原 子 序 数 22，相 对 原 子 质 量 47.88。 钛 熔 点 1660 ， 沸 点 3287 ， 密 度 4.54 g cm3， 为 银 白 色 金 属 。高 温 下

6、钛 容 易 与 氧 、 氮 、 氢 、 水 汽 、 氨 、 CO、 CO2等 气 体 反 应 。 钛 的 地 壳 丰 度 为 0.623%， 海 水 含 钛 1 10-7%， 已 知 钛 矿 物 约 140种 ， 但 工 业 应 用 的 主 要 是 钛 铁 矿 (FeTiO3)、 金 红 石 (Ti02)、 白 钛 矿(CaTiSiO2)、 锐 钛 矿 等 少 数 几 种 矿 。 世 界 钛 储 量 以 Ti0 2计 为 4.1亿 t， 其 中 钛 铁 矿 3.8亿 t， 占 93%； 金 红石 0.28亿 t， 占 7%。 世 界 钛 铁 矿 集 中 在 加 拿 大 、 挪 威 、 南 非

7、和 美 国 。我 国 的 钛 矿 主 要 分 布 在 四 川 攀 枝 花 地 区 ， 该 地 区 的 V-Ti磁 铁 矿 含 Ti0278000万 t， 占 全 国 储 量 的 90.53%， 占 世 界 储 量 的 35.17%。 稀 土 的 特 性 与 资 源 稀 土 元 素 因 其 独 特 的 电 子 壳 结 构 而 具 有 极 强 的 化 学 活 性 ， 4f壳 层结 构 的 能 价 态 可 变 和 大 原 子 尺 寸 ， 是 钢 极 强 的 净 化 剂 和 洁 净 钢 夹 杂 物的 有 效 变 质 剂 ， 是 有 效 控 制 钢 中 弱 化 源 、 降 低 局 域 区 能 态 和 钢

8、 局 域 弱化 的 强 抑 制 剂 。 我 国 稀 土 的 储 量 占 世 界 的 80%， 稀 土 金 属 、 稀 土 氧 化 物 等 原 材 料的 产 量 居 世 界 首 位 。 V、 Nb、 Ti的 化 合 物V、 Nb、 Ti均 属 于 过 渡 族 金 属 。 过 渡 族 金 属 原 子 与 C原 子 交 互 作 用 时 ， C原 子 将 其 价 电 子 输 送 到 金 属原 子 未 填 满 电 子 的 次 d亚 电 子 层 的 轨 道 ， 与 金 属 原 子 中 的 价 电 子 结 合 成 金属 键 ， 与 此 同 时 ， 部 分 C原 子 可 与 金 属 原 子 产 生 共 价 键

9、 。 因 而 ， 所 形 成 的 碳 化 物 同 时 具 有 金 属 键 和 共 价 键 的 性 质 。 d亚 电 子 层的 电 子 越 欠 缺 ， 碳 化 物 键 的 结 合 力 越 强 ， 所 构 成 的 碳 化 物 越 稳 定 。 V、 Nb、Ti元 素 与 C相 结 合 的 化 学 亲 和 力 都 比 较 强 ， 均 属 于 强 碳 化 物 形 成 元 素 。 V、 Nb、 Ti化 合 物 的 晶 体 结 构 由 于 V、 Nb、 Ti碳 化 物 中 ， C原 子 的 半 径 与 金 属 原 子 的 半 径 之 比小 于 0.59， 因 此 ， 其 碳 化 物 均 属 于 简 单 点

10、阵 碳 化 物 （ 即 间 隙 相 ） 。一 般 为 面 心 立 方 结 构 ， 但 也 存 在 密 集 六 方 结 构 的 碳 化 物 。 在 面 心 立 方 点 阵 结 构 中 ， 正 八 面 体 的 间 隙 中 并 不 都 存 有 C原 子 。由 于 C原 子 的 缺 位 ， 其 碳 化 物 相 就 不 存 在 严 格 的 化 学 式 ， 点 阵 常 数 ，以 及 它 的 硬 度 也 是 在 一 定 的 范 围 变 化 。 V、 Nb、 Ti化 合 物 的 化 学 式 V的 碳 化 物 中 ， C原 子 是 在 4350%（ 原 子 数 ） 的 浓 度 范 围 内 波 动 ， 其化 学

11、式 可 在 VCVC0.75之 间 变 化 。 但 是 ， 钢 中 V的 碳 化 物 组 成 倾 向 于 这 个范 围 的 最 低 值 ， 故 常 用 V4C3来 表 示 。 含 V中 碳 钢 与 含 V低 碳 钢 中 沉 淀 相 的晶 体 结 构 是 相 同 的 。 Nb、 Ti碳 化 物 中 ， C原 子 浓 度 范 围 分 别 是 2050%和 2550%。 这 些 碳化 物 的 化 学 式 ， 相 应 的 就 成 为 NbC 1.0 0.70和 TiC1.0 0.75。 V、 Nb、 Ti元 素 均 可 与 N元 素 产 生 化 学 交 互 作 用 生 成 氮 化 物 ， 故 V、Nb

12、、 Ti也 可 叫 做 氮 化 物 生 成 元 素 。 它 们 的 氮 化 物 具 有 与 碳 化 物 相 同 的 生成 规 律 ， 其 中 N原 子 的 浓 度 也 是 在 一 定 的 浓 度 范 围 内 变 化 。 但 钢 中 氮 化物 的 组 成 倾 向 于 浓 度 范 围 的 上 限 ， 故 V、 Nb、 Ti的 氮 化 物 一 般 写 成 VN、NbN、 TiN。 V、 Nb、 Ti的 复 合 碳 氮 化 物 由 于 V、 Nb、 Ti的 碳 化 物 与 氮 化 物 属 同 一 晶 型 ， 且 点 阵 常 数 相 差 很 小 ，所 以 ， 它 们 的 碳 化 物 与 氮 化 物 往

13、往 是 相 互 固 溶 的 。 若 不 考 虑 C、 N原 子 的 间隙 缺 位 ， 则 它 们 的 化 学 式 可 写 为 MCxN（ 1-x）其 中 M代 表 碳 氮 化 物 形 成 元 素 。 因 此 ， 当 V、 Nb复 合 加 入 时 ， 它 们 的 碳 氮 化 物 通 常 可 以 表 示 为 ：Nb xV1-xCyN1-y式 中 ， 0 x 1 0 y 1 A 析 出 物 的 位 相 关 系 微 合 金 碳 氮 化 物 与 基 体 奥 氏 体 之 间 存 在 着 平 行 的 位 相 关 系(100)M(CN) (100) ， 010M(CN) 010 。 微 合 金 碳 氮 化 物

14、 与 奥 氏 体 一 样 ，都 具 有 较 为 简 单 的 面 心 立 方 点 阵 的 晶 体 结 构 ， 每 个 单 胞 都 只 有 4个 金 属 原子 ， 且 与 奥 氏 体 的 点 阵 常 数 相 差 不 大 ， 最 大 错 配 度 (NbC与 奥 氏 体 )不 超 过20%， 因 此 ， 存 在 这 样 的 平 行 位 向 关 系 是 势 在 必 然 的 。 由 于 各 种 微 合 金 碳 氮 化 物 都 具 有 相 同 的 晶 体 结 构 ， 且 点 阵 常 数 相 差很 小 (不 超 过 8%)， 故 相 互 之 间 很 容 易 互 溶 ， 从 而 形 成 化 学 式 比 较 复

15、杂 的微 合 金 碳 氮 化 物 ， 但 这 些 微 合 金 碳 氮 化 物 仍 具 有 简 单 的 面 心 立 方 点 阵 的晶 体 结 构 ， 故 与 奥 氏 体 基 体 的 位 相 关 系 仍 为 上 述 的 平 行 关 系 。 由 于 奥 氏 体 转 变 为 铁 素 体 时 ， 两 者 之 间 存 在 明 显 的 位 向 关 系 ， 在 低合 金 钢 中 存 在 K-S关 系 ， 即 (111) (110) 、 110 111 ， 而 微 合金 碳 化 物 与 奥 氏 体 存 在 平 行 的 位 向 关 系 ， 因 此 ， 在 奥 氏 体 中 沉 淀 析 出 的微 合 金 碳 氮 化

16、物 与 相 变 后 的 铁 素 体 基 体 之 间 也 具 有 同 样 的 位 向 关 系 ， 即(111)M(CN) (110) ， 110M(CN) 111 。 因 此 ， 测 定 M(CN)相 与 相 变 后 的 铁 素 体 的 位 向 关 系 ， 就 可 以 推 知 M(CN)相 与 奥 氏 体 的 位 向 关 系 。 可 以 利 用 这 种 位 向 区 分 和 鉴 别 微 合 金 碳 氮 化 物是 在 铁 素 体 中 析 出 的 还 是 在 奥 氏 体 中 析 出 的 。 B 析 出 相 的 典 型 形 貌 在 奥 氏 体 中 析 出 微 合 金 碳 氮 化 物 时 ， 界 面 能

17、的 作 用 比 较 显 著 ， 析出 物 基 本 保 持 球 形 。 当 界 面 能 的 作 用 不 占 主 导 地 位 ， 析 出 相 质 点 充 分 长 大 之 后 ， 界 面 能的 作 用 就 越 来 越 小 ， 且 这 时 界 面 上 的 台 阶 处 将 成 为 新 扩 散 来 的 原 子 的 最佳 附 着 反 应 位 置 ， 这 时 析 出 相 将 逐 步 转 变 为 立 方 体 。 只 有 在 很 高 温 度 下就 已 存 在 的 质 点 才 可 能 长 大 ， 且 界 面 能 较 小 (与 基 体 的 错 配 度 较 小 )的 析出 相 较 为 容 易 变 为 立 方 形 状 。

18、 充 分 长 大 后 的 Nb(CN)质 点 也 会 逐 步 由 球 形 向 立 方 形 转 变 。 但 大 多 数 情 况 下 奥 氏 体 中 析 出 的 Nb(CN)质 点 基 本 为 球 形 。 析 出 相 的 分 布 当 质 点 在 奥 氏 体 中 析 出 时 ， 它 们 将 主 要 在 各 种 晶 体 缺 陷 处 (如 晶 界 、亚 晶 界 、 位 错 线 上 )形 核 长 大 。 特 别 是 在 形 变 而 未 再 结 晶 的 奥 氏 体 中 应 变诱 导 析 出 时 ， 晶 界 、 亚 晶 界 和 位 错 上 形 核 沉 淀 占 绝 对 优 势 ， 基 体 内 均 匀形 核 沉

19、淀 几 乎 完 全 不 可 能 发 生 。 对 于 沿 位 错 线 形 核 的 微 合 金 碳 氮 化 物 ， 沿 位 错 管 道 方 向 上 溶 质 原 子的 扩 散 速 率 比 其 它 方 向 要 快 得 多 ， 但 由 于 位 错 上 偏 聚 的 溶 质 原 子 在 形 核初 期 已 消 耗 殆 尽 ， 沉 淀 长 大 过 程 中 的 奥 氏 体 基 体 中 过 饱 和 的 溶 质 原 子 必须 首 先 通 过 点 阵 扩 散 运 动 到 位 错 线 上 ， 然 后 沿 位 错 管 道 扩 散 而 使 沉 淀 相长 大 ， 其 中 溶 质 原 子 的 点 阵 扩 散 必 然 起 控 制

20、作 用 ， 因 此 ， 其 长 大 符 合 扩散 控 制 长 大 理 论 。 V、 Nb、 Ti碳 化 物 、 氮 化 物 的 固 溶 度 积 在 微 合 金 钢 中 ， 各 种 化 合 物 在 奥 氏 体 和 铁 素 体 中 的 溶 解 度 可 用 固 溶度 积 关 系 式 表 示 。 对 于 非 化 学 计 量 化 合 物 MpNq， 关 系 式 可 写 为 ：lgMpNq=A-B/T 其 中 ， M、 N： 化 合 物 中 各 组 成 元 素 处 于 固 溶 状 态 部 分 的 质 量 分 数 ，单 位 %； p、 q： 非 化 学 计 量 化 合 物 中 原 子 数 的 配 比 ； A

21、、 B： 常 数 ； T： 绝对 温 度 由 各 种 方 法 得 到 的 V、 Nb、 Ti碳 化 物 、 氮 化 物 ， 以 及 Al的 氮 化 物 在奥 氏 体 中 固 溶 度 积 公 式 有 很 多 ， 常 用 的 公 式 有 ： lgNbC=2.96-7510/T lgNbN=2.89-8500/TlgVC=6.72-9500/T lgVN=3.40-8330/TlgTiC=2.75-7000/T lgTiN=0.32-8000/T TiN具 有 最 小 的 固 溶 度 积 ； 其 他 各 种 氮 化 物 （ VN除 外 ） 具 有 比 较 接近 的 固 溶 度 积 ， 比 TiN的

22、固 溶 度 积 约 大 了 两 个 数 量 级 ； 各 种 碳 化 物 （ VC除 外 ） 及 VN的 固 溶 度 也 很 接 近 ， 且 比 上 述 的 氮 化 物 的 固 溶 度 积 约 大 一 个数 量 级 ； VC具 有 最 大 的 固 溶 度 积 ， 比 上 述 碳 化 物 的 固 溶 度 积 还 要 大 约 两个 数 量 级 。 奥 氏 体 和 铁 素 体 中 微 合 金 碳 、 氮 化 物 的 平 衡 溶 解 度 积 几 点 小 结 在 奥 氏 体 中 ， 氮 化 物 通 常 比 碳 化 物 更 加 稳 定 。 微 合 金 化 元 素 不 同 ， 其碳 化 物 和 氮 化 物 的

23、 溶 解 度 绝 对 值 有 很 大 差 异 ： V、 Ti的 碳 化 物 与 氮 化 物 的溶 解 度 差 值 较 大 ， 而 Nb的 碳 化 物 与 氮 化 物 的 溶 解 度 比 较 接 近 ， 尽 管 NbN的溶 解 度 仍 然 低 于 NbC的 溶 解 度 。 ALN的 溶 解 度 与 NbN接 近 ， 碳 钢 中 从 未 报 道过 AlC的 存 在 （ 无 论 Al和 C的 含 量 有 多 高 ） ， 说 明 其 溶 解 度 比 VC还 要 大 。 多 数 微 合 金 碳 化 物 和 氮 化 物 在 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 比 较 接 近 ， 但 有 两 个突 出 的 特

24、例 ： 首 先 是 TiN比 其 他 微 合 金 碳 化 物 或 氮 化 物 要 稳 定 1000倍 ； 其次 是 VC的 溶 解 度 要 比 其 它 微 合 金 碳 化 物 或 氮 化 物 要 高 1000倍 。 虽 然 多 数 微 合 金 元 素 的 碳 化 物 或 氮 化 物 在 钢 水 中 的 溶 解 度 还 不 确 定 ，数 据 显 示 ， TiN在 钢 水 中 的 溶 解 度 要 比 在 同 温 度 奥 氏 体 中 高 10 100倍 ； 因此 TiN在 1600 钢 水 中 的 溶 解 度 与 其 它 微 合 金 化 元 素 在 1200 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 接 近

25、。 热 力 学 计 算 表 明 ， Nb的 碳 化 物 和 氮 化 物 在 铁 素 体 中 的 溶 解 度 要 比 同 温度 的 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 低 1个 数 量 级 。 实 验 和 热 力 学 计 算 均 证 实 ， VC在 铁素 体 中 的 溶 解 度 要 比 同 温 度 的 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 低 1个 数 量 级 。 合 金 碳 氮 化 物 的 析 出 规 律 碳 化 物 和 氮 化 物 的 溶 解 度 差 导 致 碳 氮 化 物 中 富 集 低 溶 解 度 化 合 物（ 氮 化 物 ） 。 在 通 常 的 复 合 微 合 金 化 钢 中 ， 碳 化 物 和

26、 氮 化 物 的 溶 解 度 差 按 铌 、 钒 、钛 的 次 序 增 大 。 合 金 碳 氮 化 物 中 富 集 的 氮 化 物 的 分 数 比 例 按 钛 、 钒 、 铌的 次 序 递 减 。 合 金 碳 氮 化 物 中 碳 化 物 和 氮 化 物 的 分 数 比 例 取 决 于 钢 中 C和 N的 含 量 ，在 大 多 数 钢 中 ， 远 高 于 氮 含 量 的 碳 含 量 在 一 定 程 度 上 抵 销 了 碳 化 物 和 氮化 物 在 溶 解 度 上 的 差 异 。 合 金 碳 氮 化 物 中 碳 化 物 和 氮 化 物 的 分 数 比 例 还 受 合 金 元 素 含 量 的 影响

27、， 合 金 元 素 含 量 升 高 降 低 氮 化 物 的 分 数 比 例 ， 尤 其 是 在 合 金 元 素 含 量超 过 氮 在 钢 中 化 学 计 量 比 的 情 况 下 。 提 高 温 度 会 增 加 氮 化 物 的 分 数 比 例 。 钢 中 未 溶 解 合 金 碳 氮 化 物 的 数 量 高 于 从 不 互 相 溶 解 的 析 出 模 型 所 预期 的 值 ， 更 为 重 要 的 是 ， 合 金 碳 氮 化 物 能 够 在 独 立 碳 化 物 或 氮 化 物 的 溶解 度 曲 线 以 上 温 度 存 在 。 碳 氮 化 物 析 出 的 动 力 学 模 型 碳 氮 化 物 的 析 出

28、 也 是 一 个 形 核 和 长 大 的 过 程 。 以 铌 为 例 ， 铌 在 钢 中 随 着 温 度 的 降 低 ， 溶 解 度 积 减 小 ， 以 碳 氮 化 物 的 形式 从 奥 氏 体 中 析 出 。 根 据 扩 散 控 制 理 论 ， 提 出 了 含 铌 钢 中 碳 氮 化 物 析 出 开 始时 间 的 模 型 ： 式 中 Nb-铌 的 溶 解 度 ； ks-B.Dutta提 出 的 溶 解 度 积 ； Z-Zenner-Hollomon参 数 ； T-绝 对 温 度 ； Q-热 激 活 能 ， 数 值 为 270 kJ mol； -温 度 T时 的 应 变 ； A， B-由 具

29、体 的 实 验 数 据 和 测 定 方 法 确 定 的 常 数 。 该 模 型 考 虑 了 热 机 械 处 理 工 艺 过 程 中 如 应 变 、 温 度 、 应 变 量 、 应 变 速 率以 及 化 学 成 分 对 析 出 的 影 响 ， 是 研 究 析 出 最 常 用 的 一 个 模 型 。 )(lnexp)exp( 235.011 sps kT BRTQZNbAt 采 用 Avrami关 系 和 叠 加 原 则 对 该 模 型 进 行 了 扩 展 ， 提 出 了 析 出 物体 积 分 数 随 时 间 变 化 的 关 系 式 ： 式 中 f-析 出 的 体 积 分 数 ； tps-当 前

30、温 度 下 析 出 开 始 时 间 (5%析 出 量 完 成 的 时 间 )； n-时 间 指 数 。 )(95.0expln(1 npsf tt 微 合 金 碳 氮 化 物 在 奥 氏 体 中 的 析 出 过 程 特 点 ： 析 出 动 力 学 曲 线 为 典 型 的 S曲 线 ， 从 析 出 开 始 时 间 到 结 束 时 间 大 约变 化 1.5个 数 量 级 ； 析 出 PTT(precipitation-temperature-time)曲 线 为 典 型 C曲 线 形 式 ，具 有 一 个 最 快 的 鼻 子 点 温 度 和 孕 育 时 间 ， 对 Nb(C,N)而 言 ， 鼻 子

31、 点温 度 大 约 在 900950 之 间 ； 无 形 变 的 奥 氏 体 中 微 合 金 碳 氮 化 物 的 析 出 是 相 当 缓 慢 的 ， 最 短 的 孕育 时 间 也 需 要 100 1000s； 形 变 将 显 著 加 速 微 合 金 碳 氮 化 物 的 析 出 过 程 ， 几 乎 可 以 在 大 形 变 结束 后 立 即 发 生 ； 奥 氏 体 中 固 溶 的 合 金 元 素 一 般 将 推 迟 微 合 金 碳 氮 化 物 的 析 出 过 程 。 Ostwald 熟 化定 义 : 某 些 第 二 相 颗 粒 (通 常 为 大 颗 粒 )以 牺 牲 某 些 相 同 种 类 的 第

32、 二 相 颗粒 (通 常 为 小 颗 粒 ) 选 择 性 长 大 的 过 程 ， 直 至 后 者 完 全 消 失 。 该 定 义 也 包括 熟 化 过 程 中 基 体 溶 质 含 量 的 不 发 生 置 换 变 化 的 情 况 ， 使 熟 化 过 程 不 同 于析 出 、 溶 解 和 相 变 过 程 。 Ostwald熟 化 过 程 在 析 出 相 体 积 分 数 不 变 的 条 件 下 ， 通 过 颗 粒 的 粗 化使 基 体 和 析 出 相 的 界 面 能 明 显 降 低 。 在 熟 化 过 程 中 ， 第 二 相 颗 粒 被 一 定 厚度 的 基 体 所 分 离 ， 为 了 确 保 相

33、互 分 离 的 大 颗 粒 长 大 而 小 颗 粒 缩 小 乃 至 消 失以 降 低 系 统 的 总 界 面 能 ， 颗 粒 通 过 基 体 一 定 存 在 一 种 非 接 触 式 的 感 知 。 感 知 问 题 可 以 通 过 Gibbs-Thomason方 程 来 解 释 ， 方 程 表 述 了 颗 粒 与基 体 界 面 的 溶 解 度 与 颗 粒 尺 寸 的 有 关 。Ln(Sr/S)=2 /RTr 式 中 ， Sr是 与 半 径 为 r的 颗 粒 相 平 衡 的 溶 质 浓 度 ， S是 与 无 限 大 颗 粒 平 衡的 溶 质 浓 度 ， 是 析 出 相 的 摩 尔 体 积 ， 是

34、颗 粒 与 基 体 的 界 面 能 ， R是 气体 常 数 ， T是 绝 对 温 度 。 粗 化 的 变 化 过 程 小 颗 粒 周 围 基 体 的 溶 质 浓 度 高 ， 大 颗 粒 周 围 基 体 的 溶 质 浓 度 低 ，大 小 颗 粒 周 围 基 体 的 溶 质 浓 度 差 导 致 溶 质 从 小 颗 粒 周 围 的 高 浓 度 区 域向 大 颗 粒 周 围 的 低 浓 度 区 域 扩 散 。 溶 质 从 小 颗 粒 周 围 扩 散 离 开 必 然 破坏 了 Gibbs-Thomson方 程 所 规 定 的 平 衡 ， 小 颗 粒 必 然 进 一 步 溶 解 放出 溶 质 以 重 新

35、建 立 局 部 平 衡 ， 如 此 势 必 进 一 步 降 低 小 颗 粒 的 尺 寸 、 而增 加 其 周 围 的 局 部 平 衡 浓 度 。 扩 散 溶 解 的 连 续 循 环 最 终 导 致 小 颗 粒的 消 失 。 溶 质 向 大 颗 粒 周 围 低 浓 度 区 域 的 扩 散 造 成 了 局 部 的 过 饱 和 促 使 溶质 析 出 和 颗 粒 长 大 以 重 新 建 立 局 部 的 Gibbs-Thomson平 衡 。 大 颗 粒的 长 大 使 其 周 围 基 体 的 局 部 平 衡 浓 度 进 一 步 降 低 。 扩 散 析 出 的 反 复循 环 导 致 了 大 颗 粒 的 稳

36、定 长 大 。 小 颗 粒 的 持 续 消 失 最 终 令 一 些 原 本 长 大 的 颗 粒 归 入 小 颗 粒 之 列 ， 继 续 溶 解 消 失 。 随 着 保 持 时 间 加 长 ， 碳 氮 化 物 粒 子 因 Ostwald熟 化 而 逐 渐 粗 比 。 若 视 碳化 物 粒 子 为 球 形 ， 则 其 大 小 :式 中 和 分 别 是 在 时 间 为 零 和 时 间 为 t时 的 粒 子 平 均 半 径 ； 粒 子 与 基 体 界 面 之 间 的 界 面 能 ； MaCb的 摩 尔 体 积 ； D 溶 质 在 基 体 中 的 扩 散 常 数 ； X m 基 体 中 溶 质 的 原

37、子 含 量 ， 即 溶 质 原 子 的 溶 解 度 极 限 ； MaCb中 的 溶 质 原 子 含 量 ； R 气 体 常 数 ； T 绝 对 温 度 值 。 tkrr 0303 )(9 )(80 mm mXXaRT DXVbak 0r rV mX 粗 化 速 度 粗 化 过 程 遵 循 Wagner方 程 ： 在 扩 散 控 制 的 Ostwald熟 化 过 程 牵 涉 两 种 以 上 的 溶 质 元 素 而 且 不 同 元素 具 有 各 自 的 溶 解 度 积 的 情 况 下 ， Wagner方 程 定 量 分 析 很 难 进 行 .RTStDrr 9/8303 ElementPhase

38、D0(m2S-1) Q(kJmol-1) D(700)(m2s-1) D(1200)(m2s-1)C/ 0.62 10-6 80.4 3.00 10-11C/ 0.10 10-4 135.7 1.59 10-10N/ 0.50 10-6 77.0 3.66 10-11N/ 0.91 10-4 168.6 9.60 10-11Ti/ 3.15 10-4 248.0 1.56 10-17Ti/ 0.15 10-4 251.2 1.86 10-14V/ 0.61 10-4 267.1 2.80 10-19V/ 0.25 10 -4 264.2 1.07 10-14Nb/ - -Nb/ 5.30 10

39、-2 344.6 1.56 10-17Al/ 0.30 10-2 234.5 7.80 10-16Al/ - -Fe/ 1.67 10-4 256.7 2.79 10-18Fe/ 0.49 10-4 284.1 4.13 10-15 因 为 间 隙 原 子 C和 N的 扩 散 系 数 大 于 置 换 原 子 ， 在 扩 散 控 制 的 碳 氮化 物 熟 化 过 程 中 微 合 金 化 元 素 的 扩 散 成 为 速 度 控 制 因 素 。 奥 氏 体 及 铁 素 体 中 微 合 金 元 素 及 间 隙 溶 质 的 扩 散 数 据 特 定 溶 质 元 素 的 扩 散 流 量 取 决 于 扩 散

40、系 数 和 基 体 中 浓 度 的 乘 积 ， 因此 基 体 中 的 溶 质 浓 度 对 粗 化 速 度 作 用 很 大 。 扩 散 系 数 和 基 体 中 浓 度 两 者都 是 温 度 的 函 数 ， 因 此 温 度 对 颗 粒 的 粗 化 速 度 也 至 关 重 要 。 在 某 一 温 度 下 限 制 熟 化 速 度 的 溶 质 在 基 体 中 的 浓 度 可 以 通 过 控 制 钢的 成 分 来 改 变 。 微 合 金 碳 化 物 或 氮 化 物 的 溶 解 度 是 通 过 溶 解 度 积 来 定 义的 ， 因 此 M在 某 一 温 度 下 的 浓 度 M 取 决 于 钢 中 微 合 金

41、 元 素 和 间 隙 原 子X(=C or N)的 总 体 浓 度 。 如 果 微 合 金 元 素 的 扩 散 流 量 控 制 熟 化 速 度 ， 增加 钢 中 的 碳 、 氮 含 量 就 能 降 低 颗 粒 的 粗 化 速 度 ， 如 此 就 在 维 持 溶 解 度 积不 变 的 条 件 下 降 低 了 M对 X的 比 值 ， 进 而 降 低 了 M。 对 于 有 相 近 扩 散 系 数 的 不 同 合 金 元 素 ， 溶 解 度 积 小 的 碳 氮 化 物 应 该有 低 的 粗 化 速 度 ， 如 TiN的 溶 解 度 积 最 小 ， 其 粗 化 速 度 就 应 该 最 小 。 体 扩 散

42、 之 外 的 粗 化 情 况 虽 然 多 数 研 究 发 现 Ostwald熟 化 过 程 符 合 立 方 规 律 ， 即 溶 质 的 体 扩散 控 制 熟 化 速 度 ， 但 也 有 其 他 因 素 控 制 熟 化 速 度 的 情 况 ： 当 原 子 从 析 出 相 转 移 到 基 体 的 速 度 控 制 熟 化 过 程 时 ， KT是 与 温 度有 关 的 转 移 系 数 。 当 颗 粒 主 要 分 布 在 晶 界 上 时 ， 由 于 形 核 容 易 ， 颗 粒 的 长 大 由 沿 晶界 的 扩 散 流 量 控 制 而 不 是 由 体 扩 散 控 制 。 此 时 适 用 的 是 晶 界 扩

43、 散 的 扩散 系 数 ， 从 而 使 粗 化 速 度 加 快 。 扩 散 流 量 符 合 的 几 何 关 系 。 微 合 金 化 元 素 碳 氮 化 物 的 析 出微 合 金 化 元 素 碳 氮 化 物 在 控 制 轧 制 时 的 析 出 的 三 个 阶 段 ：(1)均 热 阶 段 未 溶 的 微 合 金 碳 氮 化 物 质 点 通 过 钉 扎 晶 界 机 制 ， 阻 止 均热 时 奥 氏 体 晶 粒 的 粗 化 ， 保 证 均 热 奥 氏 体 晶 粒 的 细 小 ；(2)在 控 轧 过 程 中 应 变 诱 导 析 出 相 通 过 钉 扎 晶 界 和 亚 晶 界 的 作 用 显 著地 阻 止

44、 奥 氏 体 再 结 晶 和 晶 粒 的 长 大 ， 如 果 这 部 分 组 织 在 冷 却 时 能 保 留到 室 温 ， 将 会 产 生 一 定 的 强 化 效 果 ；(3)残 留 在 奥 氏 体 中 的 微 合 金 元 素 进 一 步 在 铁 素 体 中 析 出 ， 产 生 显 著的 析 出 强 化 效 果 。 微 合 金 化 元 素 碳 氮 化 物 的 析 出 与 其 本 身 的 浓 度 及 其 在 钢 中 的 溶解 度 相 关 ， 也 与 影 响 析 出 的 工 艺 条 件 有 关 ， 不 同 的 工 艺 条 件 将 对 析出 产 生 很 大 的 影 响 。影 响 析 出 的 主 要

45、工 艺 条 件 ：(1)加 热 温 度 ， 即 奥 氏 体 化 温 度 。 加 热 温 度 过 高 ， 奥 氏 体 晶 粒 将 粗 化 ，固 溶 的 微 合 金 元 素 量 增 多 ， 使 随 后 析 出 的 驱 动 力 增 加 。(2)形 变 条 件 ， 包 括 轧 制 温 度 、 形 变 量 、 轧 制 速 度 、 轧 制 道 次 等 。(3)轧 后 冷 却 速 度 。(4)材 料 中 其 它 成 分 的 影 响 。 晶 界 和 亚 晶 界 上 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 效果 体 现 在 两 个 相 反 的 方 面 ：其 一 ， 晶 界

46、 和 亚 晶 界 上 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 能 有 效 地 钉 扎 晶 界 和 亚晶 界 ， 使 其 难 以 运 动 ， 比 位 错 上 或 基 体 内 均 匀 分 布 的 微 合 金 碳 氮 化 物更 为 有 效 地 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 粗 化 。 但 是 ， 晶 界 或 亚 晶 界 上 析 出 的 微 合金 碳 氮 化 物 本 身 并 不 能 使 钢 材 强 韧 化 ， 反 而 在 很 大 程 度 上 使 钢 的 韧 性 、塑 性 降 低 。其 二 ， 晶 界 、 亚 晶 界 上 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 比 位 错 上 或 基 体 内 均 匀形 核

47、 沉 淀 的 微 合 金 碳 氮 化 物 更 易 于 聚 集 长 大 和 粗 化 ， 因 而 其 质 点 尺 寸明 显 比 位 错 上 或 基 体 内 均 匀 形 核 沉 淀 的 质 点 粗 大 ， 这 将 使 阻 止 奥 氏 体粗 化 的 作 用 相 对 减 小 ， 还 将 增 大 其 对 钢 的 塑 性 、 韧 性 的 损 害 。 因 此 ， 必 须 适 当 地 控 制 微 合 金 碳 氮 化 物 在 晶 界 和 亚 晶 界 上 的 析 出量 及 析 出 过 程 ， 特 别 要 防 止 它 们 聚 集 长 大 。 适 当 地 控 制 析 出 反 应 的 温度 (如 适 当 降 低 析 出

48、温 度 、 加 大 形 变 量 )， 能 有 效 地 控 制 晶 界 或 亚 晶 界上 析 出 相 的 相 对 分 量 。 不 同 微 合 金 化 的 沉 淀 势 能 析 出 量 析 出 量 与 微 合 金 化 元 素 的 平 衡 固 溶 度 积 有 关 。 理 论 上 沉 淀达 到 平 衡 状 态 时 ， 析 出 量 符 合 平 衡 固 溶 度 积 公 式 。 应 变 诱 导 析 出 应 变 诱 导 析 出 的 情 况 下 ， 奥 氏 体 中 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 量 有 可能 超 过 平 衡 固 溶 度 积 公 式 所 预 测 的 量 。 也 就 是 说 ， 形 变 使

49、析 出 量 增 大 ，使 微 合 金 碳 氮 化 物 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 积 降 低 ， 且 析 出 温 度 越 高 ， 这 种 差异 越 明 显 。 应 变 奥 氏 体 中 Nb(CN)的 固 溶 度 积 明 显 低 于 无 应 变 奥 氏 体 中Nb(CN)的 平 衡 固 溶 度 积 。非 平 衡 析 出 实 际 中 很 难 达 到 平 衡 沉 淀 ， 一 方 面 是 由 于 完 成 析 出 反 应 需 要 时 间 ，在 实 际 中 很 难 提 供 足 够 的 道 次 间 隔 时 间 来 让 析 出 反 应 完 全 地 进 行 ； 另 一方 面 ， 并 不 需 要 微 合 金

50、碳 氮 化 物 完 全 平 衡 析 出 ， 因 为 钢 材 化 学 成 分 固 定 时 ， 奥 氏 体 中 析 出 的 M(CN)相 越 多 ， 则 在 铁 素 体 中 析 出 的 M(CN)相 将 越 少 ，这 对 析 出 强 化 作 用 有 不 利 的 影 响 。 析 出 的 影 响 因 素 随 着 形 变 温 度 的 升 高 ， 析 出 相 的 平 均 直 径 变 大 。 这 是 由 于 在 高 温 时 ，扩 散 速 度 较 快 ， 第 二 相 质 点 由 于 熟 化 作 用 而 粗 化 。 在 900 以 下 时 ， 第 二相 质 点 的 粗 化 速 率 很 小 。 随 着 形 变 量

51、 的 增 加 ， 析 出 相 增 加 。 无 形 变 奥 氏 体 中 微 合 金 碳 氮 化 物 的沉 淀 析 出 相 当 缓 慢 。 形 变 30%和 形 变 50%时 微 合 金 碳 氮 化 物 的 析 出 反 应 有 所加 快 ， 形 变 使 微 观 组 织 明 显 细 化 。 形 变 后 不 同 冷 却 速 度 对 析 出 物 的 大 小 数 量 的 影 响 ， 取 决 于 在 某 一 冷 速下 ， 是 否 具 有 足 够 的 温 度 和 时 间 让 析 出 和 长 大 发 生 。 冷 却 速 度 过 高 时 ， 由于 没 有 充 足 的 时 间 让 沉 淀 反 应 完 全 进 行 ，

52、 析 出 量 会 明 显 减 少 。 奥 氏 体 中 固 溶 的 合 金 元 素 也 会 影 响 微 合 金 碳 氮 化 物 的 沉 淀 过 程 。 如 Mo、 Mn会 推 迟 沉 淀 过 程 。 固 溶 钼 有 可 能 适 当 降 低 最 快 沉 淀 析 出 温 度 。 微 合 金 碳 氮 化 物 在 铁 素 体 中 的 析 出 C、 N在 铁 中 比 在 铁 中 固 溶 度 大 得 多 ， 而 且 在 铁 中 的 固 溶 度随 温 度 下 降 急 骤 降 低 (12数 量 级 ） 。 因 此 ， 当 钢 中 发 生 相 变 时 ，将 有 V、 Ti、 Nb等 元 素 的 碳 氮 化 物 析

53、 出 。 在 等 温 条 件 下 ， 钒 的 碳 氮 化 物 在 铁 素 体 中 析 出 温 度 范 围 约 在 800500 之 间 ， 析 出 速 度 最 快 的 温 度 是 700 ， 析 出 的 碳 氮 化 物 成 圆 片 状 细小 颗 粒 ， 分 布 在 一 定 间 距 的 平 行 面 上 (即 发 生 相 间 析 出 )， 平 面 之 间 的 距离 称 为 面 间 距 。 随 着 温 度 的 降 低 或 冷 却 速 度 的 增 加 ， 析 出 的 颗 粒 变 细 ，面 间 距 减 小 。 但 当 温 度 降 到 一 定 程 度 时 ， 碳 氮 化 物 在 铁 素 体 中 也 会 依

54、 据 均 匀 成 核 或 位 错 形 核 方 式 析 出 ， 在 基 体 析 出 的 呈 片 状 ， 而 在 位 错 线 析 出 的 趋 于 球形 。 由 于 形 成 的 温 度 很 低 ， 与 相 间 沉 淀 相 比 ， 这 类 质 点 更 小 ， 有 很 强 的沉 淀 强 化 作 用 。 在 铁 素 体 中 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 尺 寸 明 显 小 于 奥 氏 体中 析 出 的 相 应 碳 氮 化 物 尺 寸 ， 而 且 尺 寸 的 均 匀 性 也 较 好 ， 分布 也 较 均 匀 。 在 一 般 加 工 条 件 下 ， 在 铁 素 体 内 析 出 的 Nb(C,N)和

55、Ti(C,N)的 质 点 平 均 尺 寸 为 1.5 5nm， V(C,N)的 为 5 10nm。 按 照 沉 淀 强 化 理 论 ， 第 二 相 质 点 对 位 错 的 阻 碍 分 为 绕 过 和 切 变 两 种 机制 。 前 者 强 化 作 用 大 致 反 比 于 质 点 尺 寸 ， 即 质 点 越 小 ， 强 化 效 果 越 大 。 当切 变 机 制 起 作 用 时 ， 强 化 作 用 大 致 正 比 于 质 点 尺 寸 的 1 2次 方 ， 即 质 点 越大 ， 强 化 效 果 越 大 。 对 于 同 一 质 点 ， 上 述 两 种 机 制 的 转 变 取 决 于 质 点 的 临界 尺

56、 寸 d， 即 当 ddc， 时 ， 绕 过 机 制 起 作 用 ；d=dc、 时 ， 强 化 效 果 最 大 。 由 于 不 同 元 素 的 质 点 性 质 不 同 。 其 dc值 也 不 相同 。 铁 素 体 中 析 出 的 微 合 金 碳 氮 化 物 实 际 尺 寸 除 VN外 ， 一 般均 大 于 临 界 尺 寸 ， 故 质 点 越 小 ， 强 化 作 用 越 大 。 VN实 际 质 点的 大 小 更 易 接 近 其 临 界 尺 寸 ， 且 析 出 温 度 低 ， 多 在 铁 素 体 中析 出 ， 故 能 产 生 较 大 的 沉 淀 强 化 效 果 。 钒 在 钢 中 的 作 用V的

57、碳 氮 化 物 钒 在 奥 氏 体 中 碳 化 物 的 固 溶 度 比 其 它 微 合 金 元 素 的 碳 化 物 的 固 溶度 高 很 多 ， 但 在 低 温 奥 氏 体 区 充 分 溶 解 。 奥 氏 体 中 的 析 出 物 为 VN， 直 到 所 有 氮 耗 尽 为 止 。 当 氮 趋 于 耗 尽 ， 析 出 物 有 一 个 向 碳 化 物 的 渐 变 ； 富 氮 的 碳 氮 化 钒会 在 / 相 变 过 程 中 或 随 后 析 出 。 钒 在 奥 氏 体 中 的 溶 解钒 在 钢 中 的 溶 解 度 可 用 下 式 表 示 ：lgVN=3.46-8830 TlgVC=6.72-9500

58、 T 如 果 考 虑 锰 对 钒 溶 解 度 的 影 响 ， 则 修 正 如 下 ：lgVN=3.46-8830 T+0.12%Mn 可 见 ， 锰 同 样 增 加 钒 的 溶 解 度 。 钒 的 碳 化 物 在 奥 氏 体 中 的 溶 解 度比 铌 的 碳 氮 化 物 大 得 多 ， 在 900 时 就 可 以 全 部 固 溶 。 钒 在 奥 氏 体 中 碳 化 物 的 固 溶 度 比 其 它 微 合 金 元 素 的 碳 化 物 的 固 溶 度 高 很 多 ， 但 在 低 温 奥 氏 体 区 充 分 溶 解 。 奥 氏 体 中 的 析 出 物 为 VN， 直 到 所 有 氮 耗 尽 为 止

59、。 当 氮 趋 于 耗 尽 ， 析 出 物 有 一 个 向 碳 化 物 的 渐 变 ； 富 氮 的 碳 氮 化 钒 会在 / 相 变 过 程 中 或 随 后 析 出 。 钒 主 要 通 过 形 成 碳 氮 化 物 来 影 响 钢 的 组 织 结 构 和 性 能 。 碳 氮 化 物 对 钢 的 微 观 结 构 及 对 钢 性 能 的 影 响 基 本 上 取 决 于 碳化 物 和 氮 化 物 的 形 成 温 度 与 转 变 温 度 之 间 的 关 系 。 这 些 温 度 将 依 赖 于 冷 却 (或 加 热 )的 速 度 ， 以 及 钢 的 化 学 成 分 ，尤 其 是 所 加 入 合 金 的 含

60、 量 和 氮 的 含 量 。 氮 化 钒 的 形 成 温 度 仅 稍 高 于 低 碳 钢 的 Ac3温 度 ， 一 般 来 说 也 能用 来 控 制 奥 氏 体 的 再 结 晶 ， 但 高 碳 钢 的 情 况 例 外 ， 因 为 它 的 转 变温 度 较 低 。 当 然 ， 在 控 制 正 火 钢 的 晶 粒 长 大 方 面 ， 氮 化 钒 确 实 起到 了 一 定 的 作 用 。 VC 钒 在 微 合 金 钢 中 单 独 加 入 时 形 成 VC， 属 中 间 相 ， 其 化 学 式 可 在VC V4C3之 间 变 化 。 在 一 般 低 氮 含 量 的 情 况 下 ， VC在 -Fe中 的

61、 溶 解 度 比 NbC要 高 得 多 ，在 900 以 下 ， V(C,N)可 完 全 溶 解 于 -Fe中 ， 因 此 钒 的 主 要 作 用 是 在 转 变 过 程 中 的 相 间 析 出 和 在 铁 素 体 中 的 析 出 强 化 。 钒 的 碳 化 物 主 要 以 相 间 沉 淀 的 形 式 析 出 ， 在 相 区 内 析 出 量 不 多 ，并 与 相 保 持 共 格 关 系 。 相 间 析 出 物 呈 点 带 状 分 布 ， 每 条 点 带 近 似 平行 ， 析 出 物 以 相 界 为 析 出 源 ， 点 带 间 距 随 冷 却 速 度 的 增 加 而 减 小 。 钒可 使 沉 淀

62、 相 体 积 分 数 增 加 ， 沉 淀 相 的 密 度 增 加 和 间 距 减 小 ， 从 而 能 提高 钢 的 综 合 性 能 。 钒 微 合 金 化 对 钢 转 变 特 性 的 影 响 当 钒 单 独 加 入 时 ， 并 不 抑 制 铁 素 体 的 形 成 ； 相 反 ， 它 加 速 珠 光 体的 形 成 。 然 而 ， 当 钒 和 铌 同 时 存 在 时 ， 易 于 形 成 贝 氏 体 组 织 ， 而 钒 在 贝 氏体 内 沉 淀 析 出 。 正 是 这 种 钒 与 铌 的 差 别 ， 导 致 了 在 热 轧 交 货 的 小 型 材 中 多 倾 向 于 加 钒 。这 些 轧 态 小 型

63、 材 冷 却 快 ， 如 果 有 铌 存 在 的 话 ， 则 形 成 导 致 脆 性 的 贝 氏 体 组 织 ，而 含 钒 钢 中 则 不 会 形 成 这 种 脆 性 组 织 。 钒 能 促 进 珠 光 体 的 形 成 ， 还 能 细 化 铁 素 体 板 条 ， 因 此 钒 能 用 来 增 加重 轨 的 强 度 和 汽 车 用 锻 件 的 强 度 。 碳 化 钒 也 能 在 珠 光 体 的 铁 素 体 板 条 内 析 出 沉 淀 ， 从 而 进 一 步 提 高 了 材 料 的 硬 度 和 强 度 。 钒 像 大 多 数 溶 质 合 金 一 样 能 抑 制 贝 氏 体 的 形 成 。 因 此 ，

64、 如 果 它是 溶 解 而 不 是 以 碳 化 钒 和 氮 化 钒 的 形 式 沉 淀 析 出 ， 则 可 用 来 增 加 淬透 性 。 当 钢 中 钒 的 质 量 分 数 低 于 0.03%时 ， 固 溶 态 的 钒 才 可 以 占 绝 大 多数 ， 才 能 有 效 地 提 高 淬 透 性 。 与 锰 提 高 铌 、 钒 的 溶 解 度 一 样 ， 钼 也 提 高 它 们 在 钢 中 的 溶 解 度 。而 添 加 了 元 素 钼 后 ， 可 固 溶 的 钒 含 量 明 显 增 加 ， 可 达 0.06%左 右 。 钒 在 铁 素 体 中 的 析 出 V(C,N)可 跟 随 着 / 界 面 的

65、 移 动 在 铁 素 体 内 随 机 析 出 ， 即 为 一 般析 出 。 或 者 平 行 于 / 界 面 ， 以 一 定 的 间 距 形 成 片 层 状 分 布 的 相 间 析 出 。 一 般 析 出 产 生 于 较 低 温 度 区 域 ， 通 常 低 于 700 ， 而 相 间 析 出 在 较 高 温 度形 成 。 V(C,N)也 可 以 在 珠 光 体 的 铁 素 体 中 析 出 ， 由 于 珠 光 体 的 转 变 温 度较 低 ， 这 类 析 出 物 通 常 更 细 小 ， 不 仅 发 生 一 般 析 出 ， 也 有 相 间 析 出 。 相 间 析 出 /相 界 面 由 平 面 和 台

66、 阶 组 成 ， 平 面 相 界 为 110， 是 低 能 量 的 共格 界 面 ， 活 动 性 差 ； 而 台 阶 是 高 能 量 的 非 共 格 界 面 。 铁 素 体 此 时 是 靠 一系 列 非 共 格 的 高 能 台 阶 在 低 能 共 格 界 面 上 高 速 运 动 而 生 长 ， 碳 化 物 只 能在 活 动 性 差 的 共 格 平 面 相 界 形 核 。 台 阶 的 高 度 即 两 行 相 间 沉 淀 特 殊 碳 化物 之 间 的 间 距 。 两 行 沉 淀 间 距 取 决 于 转 变 温 度 和 溶 质 浓 度 。 相 间 沉 淀 转 变 示 意 图 V-N钢 中 V(C,N)析 出 相a-0.0051%N； b-0.0082%N； c-0.0257%N； d-0.0095%N， 0.04%C 随 氮 含 量 增 加 ， V(C,N)量 多 且 弥 散 度 增 加 。 高 温 条 件 下 析 出 反 应 的 化 学 驱 动 力 小 ， 析 出 的 形 核 发 生 在 相 界 上 ；低 温 时 ， 驱 动 力 大 ， 铁 素 体 基 体 内 部 也 能 发 生 形 核