兩相區

低碳鋼在（α+γ）兩相區熱軋變形，在部分鐵素體晶粒沿軋制方向伸長的過程中，通過動態回復形成的亞晶保持等軸狀生長以及織構強化，使得低碳鋼的強度大幅提高而且韌性不降低。一方面，兩相區的軋制溫度較低，材料在劇烈變形過程中沒有發生再結晶的鐵素體晶粒內部的位錯密度增加，材料的強度通過位錯強化的方式得以提升；另一方面，部分再結晶鐵素體晶粒尺寸細小，細晶強化可以達到提高強度卻不降低韌性的效果。

隨著 γ+α 兩相區加熱溫度的升高 ， 鋼板的屈服強度和衝擊韌性不斷升高， 總伸長率和均勻伸長率不斷降低， 屈強比上升， 最後趨於穩定。

基本介紹

• 中文名：兩相區
• 外文名：two-phase area
• 特點：隨著溫度的變化，兩相區相互轉化
• 化學成分：兩相區域的恆溫線的兩端點來決定
• 熱軋變形：使得低碳鋼的強度大幅提高
• 學科：材料科學與工程

簡介

兩相區（two-phase area）

兩相的化學成分可由通過兩相區域的恆溫線的兩端點來決定。在150℃取80Pb-20Sn的軟焊料，如圖1所示，α相的化學成分為10 w/o錫和90w/o鉛，β相的化學成分幾乎為100w/o的錫。由圖1上其他恆溫線可以看出在任一溫度下Pb-Sn合金的兩相化學成分。

圖1Pb-Sn合金相圖

以上簡單步驟的依據乃是因為在150℃時錫在α相中的溶解限度為10w/o，而我們的合金有20w/o錫超過了溶解限度。因此，α相因錫而飽和並且額外的錫存在於β相中。反之，鉛在β相中的溶解限度要小於1w/o；因此，幾乎所有的鉛都必須在非β相中——明確言之，是在α相中。

兩相區控制軋制

（γ+α）兩相區控制軋制是廣義控制軋制範疇的軋制方法：過去的控制軋制是指：（1）通過γ再結晶區的軋制，使奧氏體晶粒細化和；（2） 通過γ末再結晶區軋制，使奧氏體晶粒伸長和在其內部產生變形帶，增加γ→α轉變時α相的成核位置，使α細化的方法來改善鋼材強韌性能的軋制方法。但在實際生產中往往需要把軋制的終了溫度延續到（γ+α）兩相區溫度區間。這可能有兩種情況，一是根據鋼坯工藝性能和產品的使用性能的要求或產品精度的要求，要求鋼的終軋溫度在（γ+α）兩相區溫度區間；二是在γ區控軋時，由於軋制溫度低和加工誘發相交使γ→α相變的溫度上升，使軋制變為（γ+α）兩相區軋制。從這種意義上來講，兩相區控制軋制也可以說是廣義的控制軋制的一個階段。此外，兩相區控制軋制與γ單相區軋制相比較，在鋼材的強韌性能上也有很大的變化。採用兩相區控制軋制可使鋼材的強度指標有更大的提高， 低溫韌性有更大的改善。

圖2為（γ+α）兩相區控軋時的加熱、軋製圖，圖2中c是最常見的一種。整個軋制過程是由γ再結晶區軋制、γ未再結晶區軋制和（γ+α）兩相區軋制所組成。對某些不必通過高溫加熱使碳氮化物溶解的鋼來說，採用圖2中d所示的低溫加熱使γ晶粒細化的過程是有效的。因為高溫加熱時使粗大的γ晶粒通過軋制再結晶來細化在套用上是有限的，所以一般來講採用低溫加熱可使γ晶粒更為細小。

圖2兩相區控軋時鋼的加熱軋製圖

在兩相區軋制的鋼板強度和韌性變化取決於軋制溫度和壓下量相互影響的結果。在兩相區的高溫區進行軋制，韌性比在單相奧氏體區軋制時好，達到最佳。但是隨著兩相區終軋溫度的降低，鋼的韌性惡化。

兩相區脆化

兩相區脆化也可以認為屬於高碳馬氏體島脆化性質。

由於在A_C1～A_C3間不完全重結晶，鐵素體不發生變化，只有珠光體進行奧氏體化，而轉變為富碳奧氏體。同時由於焊接過程中加熱時間非常短促，也影響到碳化物的溶解和奧氏體的均勻化。當冷卻較快時，且奧氏體穩定性較大（如合金元素含量較高）時，含碳較高的奧氏體就可能直接轉變為高碳馬氏體。這就出現了特殊的高碳馬氏體與鐵素體混合組織。若冷卻速度更快，還會由於珠光體中的Fe₃C來不及向珠光體中的鐵素體溶解，而形成碳濃度更高的奧氏體，急冷後就會出現高碳馬氏體和高碳殘餘奧氏體，也可稱此為M-A組元。

這樣，在急熱與急冷條件下，在兩相區中不平衡的不完全重結晶，即使低碳鋼，也可能由珠光體部分形成高碳馬氏體。例如，低碳鋼薄板點焊時就可能出現這種情況。

兩相區的變形行為

非再結晶區變形突破了再結晶區變形所能得到的γ晶粒尺寸極限。但當壓下率達到60～70%時，非再結晶區變形而產生的晶粒細化也會達到某一極限值。這個極限則只有通過兩相區的變形才能突破。除晶粒細化外，兩相區變形對微觀組織和力學性能具有本質不同的影響。

為了解兩相區變形效果，必須弄清楚下面兩個問題：1）一定變形程度下，性能隨變形α體積百分數的變化關係；2）變形α體積百分數一定時，性能與變形程度的關係。圖3（a）和（b）分別給出了普碳鋼和含鈮鋼的屈服強度、拉伸強度及韌性與兩相區變形量的關係，其中變形程度是在。體積百分數一定的條件下變化的。隨著變形量的增加，屈服強度和拉伸強度增加，50%剪下斷裂轉變溫度（FATT）和衝擊功下降。變形開始階段強度迅速升高，隨後緩慢增加。含鈮鋼比普碳鋼屈服強度和拉伸強度增加的幅度要大。這是因為，含鈮鋼中的碳氮化鈮有效地延遲了再結晶，從而產生了明顯的控制軋制效應。

圖3普碳鋼和含鈮鋼的兩相區變形量

圖3標出了兩相區變形引起的微觀組織變化。 γ區變形僅產生由低位錯密度等軸α晶粒組成的微觀組織（圖3（a）和（b））；兩相區變形則能生成一種混合晶粒組織， 這種晶粒組織包含有等軸。晶粒和光學顯微尺寸量級的“冷加工”晶粒和（或）多邊形晶粒和電子顯微尺寸量級的亞晶粒。變形γ轉變為多邊口晶粒，而變形。則依賴於回復程度而轉變戍胞狀組織和（或）亞晶粒。在變形。中，再結晶進行得非常緩慢，並且產生了胞狀組織和（或）亞晶粒。這是因為碳氮化鈮和（或）碳氮化釩應變誘發沉澱的析出使亞晶界網趨乾穩定化。假定軋制變形期間，γ→α相變於未回復的位錯亞結構上發生，那么，新形成的α晶粒很快和已存在的。晶粒緊密接觸，不能進一步長大。變形γ和α之間的這種相互作用使得α晶粒尺寸進一步減小。