V-N微合金化耐火鋼中鐵素體的形成與組織特征

對于微合金化耐火鋼，大量學者研究表明內部微觀組織形態(tài)與材料的高溫性能密切相關。研究發(fā)現(xiàn)針狀鐵素體可以有效地提高耐火鋼的強度，隨著針狀鐵素體含量的升高，材料的強度提高。

在耐火鋼中的鐵素體形態(tài)分為交叉排列和平行板條束兩種，這種結構可以起到較好的作用。多位學者的研究表明：材料內部的針狀鐵素體受冷卻速率的影響較大，當選取的冷卻速率較小時，組織內部的鐵素體主要以等軸狀和多邊形形態(tài)存在，冷卻速度較大時可能會得到貝氏體組織，只有冷卻速度合適時才有可能得到針狀鐵素體。

針狀鐵素體可以有效地提高耐火鋼的強度，因此在對耐火鋼進行后期處理時提高針狀鐵素體的含量非常必要。在耐火鋼中加入Mo和Nb元素可以有效地抑制多邊形鐵素體，促進針狀鐵素體的形成，V元素作為強碳化物結合元素，可以促進碳化物的析出，這些析出可以為針狀鐵素體提供有利的形核位置，進而促進針狀鐵素體的生成。東北大學材料科學與工程學院的研究者通過應用相變儀控制耐火鋼的冷卻速度，進而研究冷卻速率對組織轉變的影響。此外，耐火鋼中的Nb和V的沉淀析出對耐火鋼強度有著重要的影響。

實驗用的材料采用真空電磁感應爐冶煉并澆注成錠，將鑄錠加熱至1150℃保溫2h后進行鍛造，鍛后圓柱形坯料尺寸為Φ60mm×300mm。實驗軋制工藝：將坯料以10℃/min的加熱速度加熱至1150℃，保溫2h，緩冷到1100℃進行粗軋，在900℃進行精軋，終軋溫度為770℃，將鋼筋置于冷床上進行空冷，軋制后材料尺寸為Φ20mm，用線切割將材料加工成Φ8mm×15mm的小圓柱，并用砂紙將其兩端打磨平滑。實驗結果表明：

1）隨著冷卻速率的增大，實驗鋼的組織細化。將冷卻速率控制在10～30℃/s時，組織中均勻地分布著大量的針狀鐵素體，其平均寬度約為1μm；

2）當冷卻速度為20℃/s時，材料的顯微組織為針狀鐵素體、粒狀貝氏體和粒狀組織，該組織為耐火鋼的理想組織。因此20℃/s是合理的冷卻速率；

3）終冷保溫處理可以使Nb、V碳氮化物進一步析出，將實驗鋼在600℃保溫300s后，材料的組織為粒狀貝氏體和細小的針狀鐵素體，該組織相比于其他處理制度得到的組織更為優(yōu)異，因此該終冷處理制度較為合理。

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