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氮能促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體（IGF）的生成，顯著細(xì)化鐵素體晶粒。龔維冪等人對(duì)比研究了V-N鋼和V鋼對(duì)晶內(nèi)鐵素體形核和細(xì)化鐵素體晶粒的影響，如圖1所示。由金相照片可以看出，N對(duì)晶內(nèi)鐵素體的形成有顯著影響。在V鋼中添加0.014%N，使晶界鐵素體和晶內(nèi)鐵素體數(shù)量大大增加，當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為2s（見圖1的1a和圖1的2a）時(shí)，V-N鋼中生成了大量晶界鐵素體和部分晶內(nèi)鐵素體，而V鋼中只生成了很少量的晶界鐵素體；隨著等溫時(shí)間的增加，當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為4s（見圖1的1b和圖1的2b）時(shí)，V-N鋼中生成的晶內(nèi)鐵素體數(shù)量進(jìn)一步增加，而V鋼中只有晶界鐵素體略有增加并且長(zhǎng)大，沿晶界連接起來形成環(huán)狀；當(dāng)?shù)葴貢r(shí)間為20s（見圖1的1c和圖1的2c）時(shí)，V-N鋼中生成了大量細(xì)小的晶內(nèi)鐵素體，而V鋼中生成的鐵素體不但數(shù)量很少，而且尺寸粗大。由此可見，N對(duì)促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成，細(xì)化鐵素體晶粒具有非常重要的作用。

圖1  V-N鋼和V鋼在1200℃×600s加熱→1050℃形變50%→870℃形變5%→650℃

等溫時(shí)晶內(nèi)鐵素體生成數(shù)量的比較

1-V-N鋼（0.10%V-0.014%N）；2-V鋼（0.10%V-0.0036%N）；

a，b，c-分別表示等溫2s、4s和20s

為深入了解N促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體生成的作用，分別測(cè)定了650℃不同時(shí)間（0～20s）等溫后V-N鋼和V鋼的鐵素體形核總量和晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量，其結(jié)果示于圖2。在含0.10%V的鋼中，添加0.014%N顯著提高了晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量，V-N鋼晶內(nèi)鐵素體的形核數(shù)量約是V鋼的6倍，大大細(xì)化了鋼的鐵素體晶粒，因此，釩鋼通過添加適量的氮對(duì)促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的生成，細(xì)化鋼的鐵素體晶粒是非常有效的。

圖2  氮對(duì)晶內(nèi)鐵素體形核數(shù)量的影響

眾所周知，相變是鋼鐵材料組織細(xì)化的重要方法之一。為描述這種V-N微合金鋼的鐵素體晶粒細(xì)化現(xiàn)象，許多研究者都采用奧氏體晶粒尺寸D_γ與鐵素體晶粒尺寸D_α的比率來描述，即D_γ/D_α。在V-N微合金鋼的情況下，通過再結(jié)晶控制軋制或熱處理，使VN在奧氏體區(qū)析出。這種相變前析出的VN，將成為相變后鐵素體形核的核心。在奧氏體區(qū)析出的VN越多，則鐵素體的形核密度就越大，相變后鐵素體晶粒尺寸就越細(xì)小，如圖3和圖4所示。

圖3表明，在相同奧氏體晶粒尺寸下，V-N鋼的相變比率比C-Mn高得多，可見釩和氮提高了相變細(xì)化比率，對(duì)鐵素體晶粒的細(xì)化有明顯影響。同時(shí)，奧氏體晶粒尺寸對(duì)相變比率D_γ/D_α也有較大影響，奧氏體晶粒越細(xì)則相變比率就越大。

圖3  氮和釩對(duì)細(xì)化鐵素體晶粒的影響

圖4氮對(duì)V-Ti-N鋼鐵素體晶粒細(xì)化的影響表明，在V-N-Ti鋼中，隨著氮含量的增加，在各種不同的冷卻速度下，相變細(xì)化比率都有明顯的提高，這是由于增氮促進(jìn)了碳氮化釩在奧氏體-鐵素體晶界上的析出，有效阻止了鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)，增加了相變后鐵素體的形核位置，起到細(xì)化鐵素體晶粒尺寸的作用。可以看出，為提高V-N微合金鋼的相變比率，需要較高的氮含量。研究結(jié)果表明，較高的氮含量可以促進(jìn)VN在奧氏體區(qū)析出。VN析出量越多，奧氏體晶粒就越細(xì)。因此，較高氮含量的V-N微合金鋼的晶粒細(xì)化，是由VN在奧氏體區(qū)析出，使奧氏體晶粒細(xì)化和相變時(shí)D_γ/D_α相變比增大引起的。

圖4  氮對(duì)V-Ti-N鋼鐵素體晶粒細(xì)化的影響

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