超低碳钢等温时效过程中析出物的电镜观察

　　0 前 言

　　由于新型微合金纯净钢中碳、氮含量极低，传统的微合金化元素的作用无法得到充分发挥. 因此在材料合金化设计时，需要选择不依赖碳、氮的强化元素. 铜是一种不需要C、N 元素，即可在钢中产生强烈析出强化效果的合金元素. 同时，它的析出相具有良好的塑性，从而保证了钢在具有高强度的同时具有高塑性. 除此之外，它还能提高钢的抗腐蚀性能和焊接性能等，所以，Cu在纯净钢中是非常理想的强化元素[1].

　　虽然铜在钢中具有许多优良的作用，但当铜在钢中高到一定量时，钢会产生明显的热脆倾向，因此，钢中铜的加入量受到限制，长期以来它在结构钢中只用作抗腐蚀元素，其含量一般低于0.35wt但当钢中铜含量低于0.6wt!时，无明显的强化作用，只有铜的含量大于0.75wt!时，其强化作用才明显[2]. 随着现代冶金技术的进步，钢材合金成分控制精度大大提高，杂质元素含量明显下降，钢质越来越纯净，铜单一合金化超低碳钢热加工后，经过等温时效处理，细小而弥散分布的富Cu析出物能使强度大幅度提高，同时超低碳的基体和高塑性的析出物颗粒保证了钢的高塑性. 在超低碳钢中可通过特定的热机械处理与析出行为的配合来细化钢的组织，以进一步提高钢材性能[3]. 本文借助于扫描电子显微镜研究了铜在超低碳钢等温时效过程中的析出行为.

　　1 实验材料与方法

　　实验用超低碳钢的化学成分为(质量分数):0.004%C，0.030%Si，0.035%Mn，1.16%Cu，≤0.002%P，≤0.005%S. 将钢锭加热轧制成10mm 厚的板材，应用DK-77型电火花切割机床将板材切成尺寸为12mm×8mm×8mm的小试样. 将小试样在850℃加热保温2h，水冷至室温，随后在650℃经100s、1000s、100h、300h不等时间的时效处理后空冷至室温. 将热处理后的试样制备成金相试样，用4%的硝酸酒精腐蚀，借助于ZEISS金相显微镜和Quanta 400型扫描电子显微镜观察并分析组织结构.

　　2 结果与讨论

　　试样在650℃经100s、1000s、100h、300h不等时间的时效处理后的金相组织如图1所示，不同时间的等温时效后的组织均由多边形铁素体晶粒组成，在铁素体晶粒内很难看到其它相的存在，并没有明显的不同. 可见，采用光学显微镜观察，由于沉淀物极为细小，在铁素体晶界上和晶粒内均观察不到任何沉淀物.另外，随着等温时效时间的延长，铁素体晶粒不断长大，时效100s时晶粒平均直径约16μm，时效300h后，铁素体晶粒平均直径达25μm.

　　借助于扫描电子显微镜，均能在铁素体晶粒内和晶界处观察到析出物，如图2所示.从图2(a)可见，过饱和超低碳钢时效100s后，发生了二相粒子的脱溶，这些析出物在铁素体晶界处形成，在铁素体晶粒内部几乎看不见析出物. 在铁索体晶界上，断断续续的析出颗粒状呈白色状; 图2(b)为时效1000s后的扫描电镜照片，不但在铁素体晶界处有二相粒子析出，在铁素体晶粒内部也出现了少量的析出颗粒; 当试样时效100h，晶界处和晶粒内部的析出颗粒数减少，弥散度降低，见图2(c); 时效300h后，晶内未观察到析出颗粒，晶界处析出颗粒长大粗化 见图2(d).不同时间时效后，析出粒子的平均直径如图3中的○线所示，析出颗粒随着时间的延长，不断富集长大.