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，至今人們對貝氏體相變的機(jī)理還沒有形成完全一致的認(rèn)識。貝氏體轉(zhuǎn)變過程中對碳是通過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，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)動力比600℃時多邊形鐵素體中形核的驅(qū)動力高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
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