超快速冷却条件下Ti微合金钢中纳米碳化物及其强化作用
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超快速 冷却条件 下 Ｔｉ微 合金 钢 中 纳米碳化物 及其强化 作 用
杜 开平 ， 于 月光 ， 张淑 婷 ＇ 王 昭 东 ． 傅 杰
（１．北 京 矿 冶 研究 总 院 ，北京 １００１６０；２．东北 大 学 轧 制 技术 及 连轧 自动化 国家 重 点 实 验 室 ，沈 阳 １１０８１９； ３．北 京 科 技 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，北 京 １０００８３）
２．Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８１９，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｄｅｆｅｎｓｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅ ｎａｎｏ－ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｏｉｌｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｕｐ ｔｏ ６４ 。Ｃ／ｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｘ－ｒａｙ ｓｍａｌｌ ａｎｇｌｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎａｎｏ－－ｓｉｚｅｄ Ｆｅ Ｃ ａｎｄ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｅｘｉｓｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｖｅｒａｇｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｒｅ ７６．０６ ｎｍ ａｎｄ １３３．９５ ｒｉｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ２４３．８ ＭＰａ，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｉｓ ｏｎｌｙ ６３．１ ＭＰａ．Ｈｏｗｅｖｅ￣
摘 要 ：具有 较 高强度 的 Ｔｉ微 合金 钢 已广 泛应 用 于 国 民经 济及 国防 工业 的 各 个领 域．针 对 超 快速 冷 却 条件 下 （轧 制 冷却速 度 高达 ６４℃，ｓ）的 Ｔｉ微 合金 钢 ，采 用无损 电解提 取技 术 获得 Ｔｉ微合 金 钢 中的 纳 米碳 化物 ．在 此基础 上 ，运 用化 学相 分析 、Ｘ射 线小 角散 射及 透射 电镜 综合 分析 纳 米碳化 物的 物理 化 学特 征 ．并 考察 其 强化 作 用．结果表 明 ：Ｔｉ微 合金钢 中存 在 大量 纳 米尺 寸 的 Ｆｅ Ｃ、ＴｉＣ析 出物 ，其 平 均 粒度 分 别为 ７６．０６ ｎｍ 和 １３３．９５ ｎｍ；同 时 。超快 速冷 却条 件 强化 了 Ｆｅ Ｃ的析 出行 为 ，使 得其 析 出强 化 增 量达 到 ２４３．８ ＭＰａ。而 ＴｉＣ的析 出强化增 量仅 为 ６３．１ ＭＰａ；然 而 ，钢 中每增 加 ０．０ｌ％（质量 分 数 ） 的 ＴｉＣ析 出物 （＜４０ ｎｍ）却 可大 幅贡 献 强化 增 量 ７７．１ ＭＰａ，远 高 于 Ｆｅ Ｃ析 出物 （＜４０ ｎｍ）的强 化 贡献 量 ．因此 。强化 ＴｉＣ的析 出行 为在提 高钢 屈服 强度 方 面具有 重要 潜 力． 关 键词 ：Ｔｉ微 合 金钢 ；纳 米碳 化物 ；析 出强化 ；超 快速 冷却 中图分 类号 ：ＴＦ７０３；ＴＧ１４２．１３ 文献标 志码 ：Ａ
Ｎａｎｏ—－－ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ Ｔｉ ｍ ｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｕｎｄｅｒ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ
ＤＵ Ｋａｉｐｉｎｇ ，ＹＵ Ｙｕｅｇｕａｎｇ ，ＺＨ ＡＮＧ Ｓｈｕｔｉｎｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｚｈａｏｄｏｎｇ２，ＦＵ Ｊｉｅ。 （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１６０，Ｃｈｉｎａ；
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｆ＜４０ ｎｍ）ｂｙ ０．０ １％ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｙ ７７．１ ＭＰａ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｒ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａபைடு நூலகம் ｏｆ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｆ＜４Ｏ ｎｍ）．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ
第 ７ 卷 第 ４ 期 ２ ０ １ ６ 年 ８ 月
色金 属 科 学 与 工 程
Ｍ ｅｔａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．７，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２ ０ １６
文 章编 号 ：１６７４—９６６９（２０１６）０４—００２７－０６ ＤＯＩ－１０．１３２６４￣．ｃｎｋｉ．ｙｓｊｓｋｘ．２０１６．０４ ．００５
杜 开平 ， 于 月光 ， 张淑 婷 ＇ 王 昭 东 ． 傅 杰
（１．北 京 矿 冶 研究 总 院 ，北京 １００１６０；２．东北 大 学 轧 制 技术 及 连轧 自动化 国家 重 点 实 验 室 ，沈 阳 １１０８１９； ３．北 京 科 技 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，北 京 １０００８３）
２．Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８１９，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｄｅｆｅｎｓｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅ ｎａｎｏ－ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ａ ｒｏｉｌｉｎｇ ｃｏｏｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｕｐ ｔｏ ６４ 。Ｃ／ｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｘ－ｒａｙ ｓｍａｌｌ ａｎｇｌｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎａｎｏ－－ｓｉｚｅｄ Ｆｅ Ｃ ａｎｄ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｅｘｉｓｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｖｅｒａｇｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｒｅ ７６．０６ ｎｍ ａｎｄ １３３．９５ ｒｉｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ２４３．８ ＭＰａ，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｉｓ ｏｎｌｙ ６３．１ ＭＰａ．Ｈｏｗｅｖｅ￣
摘 要 ：具有 较 高强度 的 Ｔｉ微 合金 钢 已广 泛应 用 于 国 民经 济及 国防 工业 的 各 个领 域．针 对 超 快速 冷 却 条件 下 （轧 制 冷却速 度 高达 ６４℃，ｓ）的 Ｔｉ微 合金 钢 ，采 用无损 电解提 取技 术 获得 Ｔｉ微合 金 钢 中的 纳 米碳 化物 ．在 此基础 上 ，运 用化 学相 分析 、Ｘ射 线小 角散 射及 透射 电镜 综合 分析 纳 米碳化 物的 物理 化 学特 征 ．并 考察 其 强化 作 用．结果表 明 ：Ｔｉ微 合金钢 中存 在 大量 纳 米尺 寸 的 Ｆｅ Ｃ、ＴｉＣ析 出物 ，其 平 均 粒度 分 别为 ７６．０６ ｎｍ 和 １３３．９５ ｎｍ；同 时 。超快 速冷 却条 件 强化 了 Ｆｅ Ｃ的析 出行 为 ，使 得其 析 出强 化 增 量达 到 ２４３．８ ＭＰａ。而 ＴｉＣ的析 出强化增 量仅 为 ６３．１ ＭＰａ；然 而 ，钢 中每增 加 ０．０ｌ％（质量 分 数 ） 的 ＴｉＣ析 出物 （＜４０ ｎｍ）却 可大 幅贡 献 强化 增 量 ７７．１ ＭＰａ，远 高 于 Ｆｅ Ｃ析 出物 （＜４０ ｎｍ）的强 化 贡献 量 ．因此 。强化 ＴｉＣ的析 出行 为在提 高钢 屈服 强度 方 面具有 重要 潜 力． 关 键词 ：Ｔｉ微 合 金钢 ；纳 米碳 化物 ；析 出强化 ；超 快速 冷却 中图分 类号 ：ＴＦ７０３；ＴＧ１４２．１３ 文献标 志码 ：Ａ
Ｎａｎｏ—－－ｃａｒｂｉｄｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ Ｔｉ ｍ ｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌ ｕｎｄｅｒ ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ
ＤＵ Ｋａｉｐｉｎｇ ，ＹＵ Ｙｕｅｇｕａｎｇ ，ＺＨ ＡＮＧ Ｓｈｕｔｉｎｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｚｈａｏｄｏｎｇ２，ＦＵ Ｊｉｅ。 （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１６０，Ｃｈｉｎａ；
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＣ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｆ＜４０ ｎｍ）ｂｙ ０．０ １％ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｙ ７７．１ ＭＰａ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｒ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａபைடு நூலகம் ｏｆ Ｆｅ Ｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｆ＜４Ｏ ｎｍ）．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ
第 ７ 卷 第 ４ 期 ２ ０ １ ６ 年 ８ 月
色金 属 科 学 与 工 程
Ｍ ｅｔａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．７，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２ ０ １６
文 章编 号 ：１６７４—９６６９（２０１６）０４—００２７－０６ ＤＯＩ－１０．１３２６４￣．ｃｎｋｉ．ｙｓｊｓｋｘ．２０１６．０４ ．００５