氮能促进晶内铁素体（IGF）的生成，显著细化铁素体晶粒。龚维幂等人对比研究了V-N钢和V钢对晶内铁素体形核和细化铁素体晶粒的影响，如图1所示。由金相照片可以看出，N对晶内铁素体的形成有显著影响。在V钢中添加0.014%N，使晶界铁素体和晶内铁素体数量大大增加，当等温时间为2s（见图1的1a和图1的2a）时，V-N钢中生成了大量晶界铁素体和部分晶内铁素体，而V钢中只生成了很少量的晶界铁素体；随着等温时间的增加，当等温时间为4s（见图1的1b和图1的2b）时，V-N钢中生成的晶内铁素体数量进一步增加，而V钢中只有晶界铁素体略有增加并且长大，沿晶界连接起来形成环状；当等温时间为20s（见图1的1c和图1的2c）时，V-N钢中生成了大量细小的晶内铁素体，而V钢中生成的铁素体不但数量很少，而且尺寸粗大。由此可见，N对促进晶内铁素体的生成，细化铁素体晶粒具有非常重要的作用。

图1  V-N钢和V钢在1200℃×600s加热→1050℃形变50%→870℃形变5%→650℃

等温时晶内铁素体生成数量的比较

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

a，b，c-分别表示等温2s、4s和20s

为深入了解N促进晶内铁素体生成的作用，分别测定了650℃不同时间（0～20s）等温后V-N钢和V钢的铁素体形核总量和晶内铁素体的形核数量，其结果示于图2。在含0.10%V的钢中，添加0.014%N显著提高了晶内铁素体的形核数量，V-N钢晶内铁素体的形核数量约是V钢的6倍，大大细化了钢的铁素体晶粒，因此，钒钢通过添加适量的氮对促进晶内铁素体的生成，细化钢的铁素体晶粒是非常有效的。

图2  氮对晶内铁素体形核数量的影响

众所周知，相变是钢铁材料组织细化的重要方法之一。为描述这种V-N微合金钢的铁素体晶粒细化现象，许多研究者都采用奥氏体晶粒尺寸D_γ与铁素体晶粒尺寸D_α的比率来描述，即D_γ/D_α。在V-N微合金钢的情况下，通过再结晶控制轧制或热处理，使VN在奥氏体区析出。这种相变前析出的VN，将成为相变后铁素体形核的核心。在奥氏体区析出的VN越多，则铁素体的形核密度就越大，相变后铁素体晶粒尺寸就越细小，如图3和图4所示。

图3表明，在相同奥氏体晶粒尺寸下，V-N钢的相变比率比C-Mn高得多，可见钒和氮提高了相变细化比率，对铁素体晶粒的细化有明显影响。同时，奥氏体晶粒尺寸对相变比率D_γ/D_α也有较大影响，奥氏体晶粒越细则相变比率就越大。

图3  氮和钒对细化铁素体晶粒的影响

图4氮对V-Ti-N钢铁素体晶粒细化的影响表明，在V-N-Ti钢中，随着氮含量的增加，在各种不同的冷却速度下，相变细化比率都有明显的提高，这是由于增氮促进了碳氮化钒在奥氏体-铁素体晶界上的析出，有效阻止了铁素体晶粒的长大，同时，增加了相变后铁素体的形核位置，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。可以看出，为提高V-N微合金钢的相变比率，需要较高的氮含量。研究结果表明，较高的氮含量可以促进VN在奥氏体区析出。VN析出量越多，奥氏体晶粒就越细。因此，较高氮含量的V-N微合金钢的晶粒细化，是由VN在奥氏体区析出，使奥氏体晶粒细化和相变时D_γ/D_α相变比增大引起的。

图4  氮对V-Ti-N钢铁素体晶粒细化的影响

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