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PF又稱(chēng)為等軸鐵素體,PF是碳在α-Fe中的間隙固溶體,具有體心立方晶格。隨著溫度降低,管線(xiàn)鋼發(fā)生奧氏體相變時(shí),鐵素體首先沿原奧氏體晶界析出,如果相變溫度很低,有足夠的相變時(shí)間,析出的鐵素體逐漸長(zhǎng)大,轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸?guī)則外形的先共析鐵素體,一般情況下多邊形鐵素體呈等軸狀,故稱(chēng)為多邊形F或等軸F。如果轉(zhuǎn)變量很少,轉(zhuǎn)變又常常從晶界開(kāi)始,此時(shí)的F分布勾畫(huà)出了母相奧氏體晶界的輪廓, 故常稱(chēng)它們?yōu)榉戮Ы缧虵( Allotriomorph Ferrite) [6]。PF多出現(xiàn)在X65以下低級(jí)別的管線(xiàn)鋼和雙相管線(xiàn)鋼中。圖1.10為X52和X60中的多邊形鐵素體,晶粒尺寸一般在10mm左右。多邊形鐵素體由于含碳量極低,且具有較低的位錯(cuò)密度,同時(shí)還有一定量的析出相(析出相的尺寸和含量與鋼中添加Nb含量有關(guān)),因而PF通常具有較低的抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比,但具有較高的塑性和韌性,沖擊韌性可達(dá)到200J/cm2以上。所以,多邊形鐵素體是大應(yīng)變管線(xiàn)鋼中主要的顯微組織。
圖1.10 X52和X60管線(xiàn)鋼中多邊形鐵素體[7]
QF也稱(chēng)塊狀鐵素體,準(zhǔn)多邊形鐵素體或塊狀鐵素體也是先共析鐵素體的產(chǎn)物,是在較低溫度下通過(guò)另一類(lèi)相變方式——塊狀轉(zhuǎn)變而得到。
塊狀轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是新相與母相成分相同,合金只要過(guò)冷至新相、母相自由能相同溫度下,就能發(fā)生這類(lèi)轉(zhuǎn)變。QF的生長(zhǎng)都是由熱激活過(guò)程所控制,鐵素體晶粒生長(zhǎng)可越過(guò)奧氏體晶界,使原奧氏體晶界的輪廓被掩蓋。含碳很低的碳鋼在快速冷卻時(shí)有可能滿(mǎn)足這個(gè)條件,以塊狀轉(zhuǎn)變方式實(shí)現(xiàn)先共析轉(zhuǎn)變。準(zhǔn)多邊形QF不像多邊形F那樣具有規(guī)則的類(lèi)等軸晶粒形貌,這也是鑒別準(zhǔn)多邊形QF和多邊形PF的依據(jù)之一,見(jiàn)圖1.11。
圖1.11 X70管線(xiàn)鋼中的QF和PF[7]
QF與PF相比,兩者的轉(zhuǎn)變溫度不同,導(dǎo)致不同的機(jī)制和組織形貌。PF接近平衡相,其成分與母相奧氏體不同,PF生長(zhǎng)受控于置換原子的快速遷移及碳原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散。PF與母相常有確定的位向關(guān)系,其一部分界面與母相保持共格或半共格,通常生長(zhǎng)速度較慢。而QF是在較低的溫度下塊狀轉(zhuǎn)變而成,由于新相、母相成分相同,故不需要長(zhǎng)程擴(kuò)散,只要新相原子越過(guò)界面即可生長(zhǎng),且新相與母相的界面在所有方向都是非共格的大角度晶界,所以轉(zhuǎn)變速度特別快,由于原子的置換和遷移發(fā)生在界面上,導(dǎo)致不規(guī)則生長(zhǎng)和鋸齒形界面且超出了原奧氏體晶界,呈高度不規(guī)則,猶如一塊無(wú)特征的碎片。與PF相比,QF具有較高的位錯(cuò)密度、位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu),有時(shí)還有馬氏體-奧氏體(MA)成分。QF組織有較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的延性,由于內(nèi)部較高的位錯(cuò)密度和MA小島,使得鋼具有低的屈強(qiáng)比和高的應(yīng)變硬化速率。而多邊形鐵素體(PF)在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察,基本上是等軸的晶粒,晶界明銳直平,通常含有較低的位錯(cuò)密度。多邊形鐵素體主要在奧氏體晶粒的三叉晶界及晶界拐角處形核,以擴(kuò)散方式長(zhǎng)大,長(zhǎng)大過(guò)程中鐵素體晶粒尺寸超過(guò)原奧氏體晶界,原奧氏體轉(zhuǎn)成多邊形鐵素體[6]。準(zhǔn)多邊形鐵素體多出現(xiàn)在X70和X80級(jí)針狀鐵素體管線(xiàn)鋼中。