微合金元素在钢中作用
钢中微合金元素的作用机理
钢中微合金元素的作用机理钢是一种合金，其主要成分是铁和碳。
微合金元素是添加在钢中的少量杂质元素，包括钛、铌、钒、铝、锰、铬等。
这些微合金元素的添加对钢的性能具有重要的影响。
以下是钢中微合金元素的作用机理。
首先，微合金元素可以提高钢的强度和硬度。
微合金元素的加入可以阻碍晶界流动和位错的运动，从而限制了晶界滑移和位错滑动，降低了钢的塑性变形能力，提高了钢的强度和硬度。
此外，微合金元素还可以形成致密的析出物，如碳化物、氮化物、硫化物等，这些析出物可以增加钢的硬度，从而提高钢的抗拉强度和硬度。
其次，微合金元素可以改善钢的韧性和冷加工性能。
微合金元素的加入可以阻碍晶界弥散，提高了钢的晶界精细度，从而改善了钢的韧性和抗冲击性能。
同时，微合金元素也可以细化钢的晶粒尺寸，提高钢的塑性变形能力，使钢具有较好的冷加工性能。
第三，微合金元素可以提高钢的耐腐蚀性能。
微合金元素的加入可以改善钢的晶界耐蚀性能，减少晶界的腐蚀敏感性。
此外，微合金元素也可以与一些有害杂质元素结合，形成稳定的化合物，减少了钢中有害元素的溶解和析出，从而提高钢的耐腐蚀性能。
另外，微合金元素还可以改变钢的相变行为。
微合金元素的加入可以改变钢的析出序列和析出相，影响钢的相变行为。
例如，铌和钒可以用于控制钢中的碳化物析出，阻止奥氏体向珠光体的相变，从而提高钢的强韧性。
此外，微合金元素还可以优化钢的热处理工艺。
微合金元素的介入可以降低钢的回火敏感性和退火脆性，提高钢的热处理硬化能力，使钢在热处理过程中获得较好的组织和性能。
总的来说，钢中微合金元素的作用机理包括限制晶界滑移和位错滑动、形成致密的析出物、改善晶界精细度和抗腐蚀性能、提高韧性和冷加工性能、改变相变行为和优化热处理工艺等。
这些作用机理使得钢中微合金元素的加入可以显著改善钢的性能，提高钢的使用性能和工艺性能。
微合金化的元素作用
在普通碳钢通常依靠加入碳来提高强度，这样就造成了提高碳含量的同时必然降低钢的塑性和韧性。
使普碳钢不能满足强度与韧性的更好组合，由此人们开始研究不增加碳含量，加入其它元素来提高强度，也就是保持低碳钢的韧性前提下，利用微合金化提高强度。
此类钢的综合力学性能比低碳结构钢有很大的改善，而与普通合金钢相比，其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再继之以控制冷却，才能使钢的性能更佳，此类钢使用之前一般不再进行热处理。
微合金化元素在钢中的作用主要是细化晶粒，阻碍再结晶进行以及析出强化。
1Nb的作用在超低碳贝氏体钢（ULCB）的整个发展过程中，微量Nb起着独特的作用。
这类钢中C含量已经降到0.05%，又不加入较多合金元素，因此强化主要靠位错强化，析出强化特别是组织强化。
近年来的研究表明，微量Nb在超低碳贝氏体钢（ULCB）中的作用，主要体现在以下两个方面。
1）微量Nb抑制变形再结晶行为，加剧变形奥氏体中的应变积累，大幅度提高相变前组织中的位错密度。
超低碳贝氏体钢（ULCB）的优良综合性能主要来自钢的组织细化以及贝氏体中的高位错密度，再实现这一目标，首先需要在控轧过程中，在非再结晶区轧制时引入大量高密度畸变区，这些高密度畸变区在随后的冷却过程中成为相变核心，大幅度促进相变组织细化。
同时，要在发生切变形型贝氏体相变过程中，能把相当一部分变形位错保留在贝氏体基体中，从而大幅度提高贝氏体基体强度。
为了达到这一点，要求钢种有相当高的热轧再结晶终止温度以及抑制冷却时扩散型铁素体转变的能力，合金成分设计充分考虑了Nb及Nb—B这方面的作用。
2）微量Nb与B、Cu的复合作用加快了诱导析出，稳定变形位错结构。
微量Nb加入贝氏体钢中的第二个作用是，这类钢高温非再结晶轧制阶段会应变诱导形成极细的Nb（C、N）析出物。
这些析出物主要析出在变形晶界及变形位错网上，它们阻碍了位错的恢复以及消失的过程，稳定了位错结构，为随后冷却过程相变形核提供更多机会，同时组织新相的长大，最终细化组织。
钢中微合金元素的作用机理
2) 与氧、硫的作用
与氧、硫有一定的亲合力。从下图看，Ti与O的亲合力很强
，比铝小一些；Nb、V与O的亲合力比Mn强，但弱于Si。
早期，由于冶炼铸造工艺技术水平的限制，未能解决钛氧化 和烧损问题，使钢材的性能波动大。现在已经解决，发展钛微 合金钢。
由于钛与氧的强亲合力，使得测定钛在铁液中的一些热力学 数据的试验变得异常困难，热力学数据分歧较大。
结构类型 F.C.C. F.C.C. F.C.C. F.C.C. F.C.C. F.C.C.
2）它们的相互固溶性（合成实验）
由于这些碳化物和氮化物的点阵常数相近与晶体结构相同， 它们之间存在相互固溶；
一些研究者实验研究了它们之间的相互固溶性；
主要的实验结果如下：
√ 二元氮化物系统：NbN-TiN、TiN-VN、NbN-VN形成连续 性固溶体；
TiN
在以后的热处理中不溶解，对阻止晶粒粗化以及沉淀强化，都 没有作用，浪费宝贵的合金元素；
钢中%Ti为0.02，TiN则在L（钢液）-δ-Fe界面上或δ-Fe中 形成，因此控制凝固速度，可以控制TiN质点尺寸与数量；低 合金钢中由于Nb、V都不可能在钢液中形成粗大第二相质点；
但是在钢锭与连铸坯中，由于Nb 强烈偏析，在δ-Fe枝晶间 的钢液中Nb富集，凝固后产生粗大甚至达到微米级沿晶分布 的NbC枝晶状第二相，粗大的NbC使连铸中心容易产生内裂， 或热塑性降低；
指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成 元素，如GB/T1591-94中Q295-Q460的钢，规定：
Nb:0.015～0.06%; V: 0.02～0.15%; Ti: 0.02～0.20%
一些需要淬透性的机械结构钢中加硼（B），硼广 义上也称微合金元素。
合金元素对钢的性能影响
合金元素对钢的性能影响合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的材料。
将合金元素添加到钢中可以改变钢的性能。
这种改变可能包括增加钢的强度、硬度、耐腐蚀性能、热处理性能等。
本文将详细探讨合金元素对钢的主要性能影响。
一、合金元素对钢的强度和硬度的影响1.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素。
它可以提高钢的硬度和耐高温性能。
铬在钢中形成稳定的氧化层，可以防止钢发生锈蚀。
此外，铬还可以提高钢的强度，使其更难弯曲和变形。
2.锰(Mn)：锰是一种常见的合金元素。
它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性能。
特别是在高温下，锰可以提高钢的硬度和强度，使其具有更好的耐磨性能。
3.钼(Mo)：钼是一种重要的强化元素。
它可以提高钢的强度、韧性和耐热性能。
钼可以在钢中形成硬质的碳化物，使钢具有更好的耐磨性和抗冲击性。
此外，钼还可以提高钢的耐高温性能。
4.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素。
它们可以提高钢的强度和硬度，同时也可以细化钢中的晶粒。
这些微合金元素还可以提高钢的高温强度和阻止钢的再结晶。
二、合金元素对钢的耐腐蚀性能的影响1.铬(Cr)：铬是一种重要的防腐蚀元素。
它可以在钢的表面形成稳定的铬氧化层，防止钢被氧化和锈蚀。
铬还可以提高钢的耐腐蚀性能，使钢适用于潮湿和腐蚀性环境。
2.镍(Ni)：镍也是一种常用的防腐蚀元素。
它可以提高钢的耐酸性和耐碱性，因为镍本身具有优异的化学稳定性。
镍还可以改善钢的韧性和抗磨性能。
3.铜(Cu)：铜可以提高钢的抗腐蚀性能。
它可以形成一层稳定的氧化膜，保护钢表面不受腐蚀。
此外，铜还可以提高钢的韧性和耐磨性能。
三、合金元素对钢的热处理性能的影响1.钼(Mo)：钼可以提高钢的热处理稳定性。
钼的加入可以使钢的晶界更加稳定，抑制晶粒长大，提高钢的热稳定性和热处理硬化能力。
2.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素，可以提高钢的热稳定性和抗热衰退性能。
它们可以在钢中形成稳定的碳化物，细化晶粒并防止晶粒长大。
《微合金元素在钢》课件
此外，随着实验设备和测试技术的不 断进步，对微合金元素在钢中的行为 和作用机理的认识也更加深入。
近年来，研究者们通过深入研究微合 金元素的原子结构、相变机制和微观 组织演化，进一步揭示了微合金元素 在钢中的作用机制。
微合金元素的发展和应用 推动了钢铁工业的技术进 步，促进了相关领域的发 展。
02
微合金元素在钢中的分布与存在形式
微合金元素在钢中的分布
01
碳、氮、氧等元素
这些元素在钢中以固溶形式存在 ，主要分布在铁素体和奥氏体中 。
02
铬、镍、锰等元素
03
硅、磷、硫等元素
这些元素在钢中以置换形式存在 ，主要分布在铁素体和奥氏体中 。
分类
碳氮间隙元素（如钛、铌、锆）、碳 氮化物形成元素（如钒、铬、钼）和 晶界强化元素（如硼、磷、砷）。
微合金元素在钢中的作用
01
02
03
细化钢的晶粒
通过形成碳氮化物或氮化 物，微合金元素可以阻碍 奥氏体晶粒的长大，从而 细化钢的晶粒。
改善钢的韧性
某些微合金元素可以改变 钢的韧性，例如钛和铌可 以增加钢的低温韧性。
微合金元素对钢强度的影响
显著增强
微合金元素可以与钢中的碳形成碳化物，这些碳 化物在钢中起到“钉扎”作用，抑制奥氏体晶粒 长大，从而在冷却过程中获得更细小的铁素体晶 粒，提高强度。
微合金元素如钛、钒、铌等可以细化钢的晶粒， 从而提高其强度。
通过微合金元素的加入，可以实现仅通过热处理 工艺即达到提高强度和改善韧性之间的平衡。
同时，随着人工智能和大数 据技术的应用，对微合金元 素在钢中的研究将更加智能 化和精细化，有望实现更加 精准和高效的钢材性能调控
各种化学元素在钢中的作用
各种化学元素在钢中的作用钢是一种由铁、碳和其他合金元素组成的合金材料。
不同的化学元素可以通过合金技术添加到钢中，以改善其性能、增强其力学性能和耐腐蚀性能。
以下是一些常见的化学元素在钢中的作用。
1.碳(C)：碳是钢中最重要的合金元素之一，它可以提高钢的硬度和强度。
添加适量的碳可以增强钢材的硬度，但过量的碳会使钢变脆。
碳浓度低于0.2%的钢称为低碳钢，而碳浓度高于0.5%的钢称为高碳钢。
2.硅(Si)：硅可以提高钢的抗腐蚀性和耐热性能。
它还可以减少钢的热脆性，提高钢的塑性和可焊性。
3.锰(Mn)：锰可以提高钢的强度和硬度。
它还可以改善钢的可塑性、耐热性和耐磨性。
锰还可以降低钢的热脆性，提高钢的焊接性能。
4.硫(S)：硫是钢中的一种杂质元素，它容易形成硫化物。
过高的硫含量会降低钢的可塑性和韧性，使其更容易开裂。
因此，通常需要保持钢中的硫含量低于0.05%。
5.磷(P)：磷是另一种钢中常见的杂质元素。
过高的磷含量会降低钢的韧性和韧性。
因此，钢中的磷含量通常需要控制在很低的水平。
6.铬(Cr)：铬可以提高钢的耐腐蚀性能。
铬与钢中的氧气发生反应，形成一层致密的氧化铬膜，防止进一步的氧化和腐蚀。
二十世纪初使用铬合金的主要用途是防止钢的腐蚀。
7.镍(Ni)：镍可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。
镍合金可以防止钢材的氧化和腐蚀，并使钢材更耐高温。
8.钼(Mo)：钼可以提高钢的强度和硬度。
它还可以提高钢的耐高温性能和耐腐蚀性能。
钼合金被广泛用于制造高温和腐蚀性环境下的零件。
9.铌(Nb)、钛(Ti)、钒(V)等微量元素：这些元素可以用来细化钢的晶粒并提高钢的强度。
它们还可以改善钢的耐热性能和切削性能。
总之，钢中的化学元素可以通过调节合金配方的方式对钢的性能进行调控。
通过合理添加不同的化学元素，可以改善钢的硬度、强度、韧性、耐蚀性、耐高温性能和切削性能，以满足不同领域的需求。
微量元素在钢中的作用机理讲解
– 氧化层中存在铜、砷同时富集 ， 同时有一定量锡富集, 基体 中基本不存在明显的铜、砷和 锡富集。
• B原子冷却时会偏聚到 界面上，（相界，晶界 ，胞界），称为非平衡 偏聚
• 显示钢中B原子分布， c) 勾画出相变前奥氏体中 已有的各种界面。
B10+n （ 热 中 子 ） →Li7+α
利用反应堆进行
b) d)
70m
• 2. 其他易偏聚元素
– 铜Cu： 1083.4±0.2℃ – 在1100℃以上，富铜层会出现
6
• 1. 低熔点元素
– 锡Sn：当达一定含最时，钢产生热脆性。例如，锡在耐热合金中， 会大大降低合金的高温力学性能，降低铬钼钒热强钢的持久强度。
– 锑Sb：能显著降低钢的强度和韧性, 增加钢的高温脆性, 钢中含锑量 一般都小于0.1% , 某些钢铁合金材料要求含锑量在0.001% 以下。
– 铋Bi：在高温下容易挥发, 残存于钢中的铋量很少。多以游离状态存 在，铋含量过高会降低钢的塑性、影响钢的高温强度。
• 2. 其它易偏聚元素
• H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性， 引起氢脆。如耐磨钢、PC棒延迟断裂。
• 当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，
称白点或发裂。
钢中白点
钢的氢脆断口
• 2. 其它易偏聚元素 a)
• B：采用特殊技术，B的 径迹显微照相法
32
圆柱样品俄歇能谱分析仪（AES）真空室内打断观察断口形貌和元素偏 析，少量Cu、Sn偏析和一定量的As偏析，达到2.3%
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》范文
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。
Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一种重要的工程结构材料，因其高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能而得到广泛应用。
在Cr-Mo-V-Nb调质钢中，Nb元素作为微合金元素，对于组织细化和强韧化作用具有重要意义。
本文将详细探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。
二、Nb元素在钢中的作用机制Nb元素在钢中主要通过固溶强化和析出强化两种方式发挥作用。
固溶强化主要是在高温冶炼过程中，Nb元素以固溶态存在于钢的基体中，提高钢的强度和硬度。
而析出强化则是在钢的冷却过程中，Nb元素会以细小颗粒的形式从基体中析出，对晶界起到良好的强化作用。
三、组织细化作用1. Nb的细化晶粒效应：Nb元素在钢中可以有效地细化晶粒，使钢的微观组织更加均匀。
这是因为Nb元素的加入会抑制晶界的迁移，阻碍晶粒的长大，从而在轧制和淬火过程中形成更加细小的晶粒。
2. 促进形核：在钢的凝固过程中，Nb元素可以促进形核，增加形核数量，从而细化晶粒。
此外，Nb元素还可以提高钢的再结晶温度，使再结晶过程变得更加困难，进一步细化晶粒。
四、强韧化作用1. 提高强度和硬度：由于固溶强化和析出强化的作用，Nb元素的加入可以显著提高钢的强度和硬度。
这使得Cr-Mo-V-Nb调质钢在承受载荷时具有更好的抗变形能力。
2. 改善韧性：尽管Nb元素的加入提高了钢的强度和硬度，但同时也改善了钢的韧性。
这是因为细小的Nb颗粒可以有效地阻碍裂纹的扩展，提高钢的断裂韧性。
此外，Nb元素还可以改善钢的层错能，使钢在受到冲击时具有更好的能量吸收能力。
3. 抗疲劳性能：由于Nb元素的加入使钢的组织更加均匀和细小，因此Cr-Mo-V-Nb调质钢具有优异的抗疲劳性能。
这使得钢在循环载荷作用下具有更好的耐久性。
五、结论综上所述，Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中具有显著的组织细化和强韧化作用。
妮、钒、钦在微合金钢中的作用
妮、钒、钦在微合金钢中的作用
微合金钢是一种添加微量合金元素的钢种，这些合金元素可以提高钢的强度和韧性。
其中，妮、钒、钦是常用的微合金元素之一，它们在微合金钢中的作用非常重要。
妮是一种强化元素，它可以通过形成固溶体和沉淀相来增加钢的强度。
此外，妮还可以提高钢的耐腐蚀性和耐磨性。
在微合金钢中，妮通常的含量为0.1%-0.5%。
钒是一种强化元素，它可以与C、N形成碳化物和氮化物，进一步提高钢的强度和硬度。
钒还可以提高钢的耐热性和耐磨性。
在微合金钢中，钒的含量一般为0.05%-0.15%。
钦是一种微量元素，它可以使钢的组织细化，提高钢的强度和韧性。
此外，钦还可以提高钢的耐磨性和耐蚀性。
在微合金钢中，钦的含量一般为0.005%-0.01%。
综上所述，妮、钒、钦在微合金钢中的作用主要是强化钢的力学性能和提高钢的耐蚀性、耐磨性等综合性能。
它们的含量和组合方式对于钢的性能有着重要的影响，需要根据具体应用场景进行合理的选择和设计。
- 1 -。
谈微合金元素Nb_V_Ti在钢中的作用
甘肃冶金 2000年12月第4期谈微合金元素N b 、V 、T i 在钢中的作用Ξ杨作宏 陈伯春(酒泉钢铁公司 甘肃 嘉峪关 735100)摘 要 论述了N b 、V 、T i 在钢中的存在形态,分析了提高钢的强韧性,改善可焊性的微观机理及在钢中的重要作用。
关键词 可能性 形态 溶度积 作用1 引言在钢中质量分数低于011%左右,而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素,称为微合金元素;N b 、V 、T i 是其中最为重要的微合金元素。
在钢中添加微量的N b 、V 、T i ,可保证钢在碳当量较低的情况下,通过其碳、氮化物质点(尺寸小于5nm )的弥散析出及N b 、V 、T i 的固溶,细化晶粒,极大地提高钢的强度、韧性,特别是低温韧性,使钢具有良好的可焊性、使用性。
因此,研究N b 、V 、T i 在钢中的作用机理和微观行为,对钢的品种开发,生产高质量、高附加值的产品如船板、管线钢等有重要的作用。
2 Nb 、V 、T i 在钢中作用的微观基础211 形成碳化物和氮化物的可能性 图1 一些金属元素形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的能力和它们的沉淀强化能力N b 、V 、T i 是碳化物和氮化物的形成元素,这些元素在比较低的浓度下就能满足这种要求。
在周期表中,它们的位置彼此靠得很近。
图1指出,对于一定的金属元素,从 组到 组,形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的可能性是逐渐增强的(从右上角至左下角)。
形成沉淀强化所需要的碳化物或氮化物,N b 、V 、T i 有同等的倾向。
212 在钢中的存在形态N b 、V 、T i 为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在,少部分固溶在铁素体中,在脱氧不完全的钢中,也会2Ξ收稿日期:2000204205出现氧化物T i O 2、V 2O 3等。
这对N b 、V 、T i 是一种浪费,且氧化物对性能有害,应避免。
钢材中各微量元素的作用
钢材中各微量元素的作用钢材中有各种微量的元素，在为了提高钢材的某一方面的物理性能或者化学性能的时候就会提高一些有益微量元素的含量或者减少一些有害微量元素的含量。
有益的微量元素有碳元素、铬元素、锰元素、钼元素、镍元素、硅元素、钨元素和钒元素等，微量的有害元素主要是指磷元素和硫元素。
这些微量元素在钢材中起到了强度、韧性、耐磨性、耐震性、耐腐蚀性等关键作用。
首先碳元素在钢材中的作用是至关重要的。
如果说钢材是建筑行业的骨，那么碳元素就是钢材中的骨。
碳元素主要作用就是加钢材的硬度。
碳的含量越高，钢材的硬度就越高，钢材中碳的含量和钢材钢材的硬度是正比关系。
但是任何事情都是一把双刃剑，在碳的含量越高时，钢材的硬度会越来越高，但是钢材的塑性和韧性却会越来越差，钢材中碳元素的含量和钢材的塑性、韧性成反比。
所以我们要好好利用碳元素，让钢材的硬度提高和塑性和韧性提高之间做出优化曲线，进行选择。
铬元素能提高钢的钢材的淬透性和耐磨性。
淬透性就是指的是提高钢材在淬火和元素渗透的过程，耐磨性指的是钢材在不断反复摩擦过程中不容易损坏。
铬元素还能够改善钢材的抗腐蚀性和抗氧化性，铬元素含量越高的情况下，在热处理或者焊接等加温情况下可能控制氧化皮的产生，而且在钢材遇到酸与碱的情况下，可以缓解酸碱的腐蚀能力。
锰元素能够提高钢的强度，使钢材能够承受扭矩和压力、剪切力。
并且和铬元素一样能够提高钢材的淬透性，在钢材中有一种含锰量很高的合金钢，它具有十分好的耐磨性能和强度、硬度等其他的物理性能。
我们常常把它叫做高锰钢。
钼元素可以明显的提高钢材的淬透性，这一个功能和铬、锰元素的功能一样。
但是钼元素还可能防止钢材的回火脆性，这样使得需要进行回火处理的钢材含钼元素的重要性。
而且钼元素还有一个非常重要的作用就是能够提高钢材的剩磁性和娇顽性能。
钼元素是耐热钢不可或缺的元素。
镍元素也可以钢材的淬透性，还可以增加钢的强度和韧性。
当镍元素的含量显著提高时，钢材的抗腐蚀能力。
3-微合金元素在钢
由各种方法得到的V、Nb、Ti碳化物、氮化物，以及Al的氮化物在 奥氏体中固溶度积公式有很多，常用的公式有：
lg[Nb][C]=2.96-7510/T lg[Nb][N]=2.89-8500/T
lg[V][C]=6.72-9500/T lg[V][N]=3.40-8330/T
lg[Ti][C]=2.75-7000/T lg[Ti][N]=0.32-8000/T
因而，所形成的碳化物同时具有金属键和共价键的性质。d亚电子层 的电子越欠缺，碳化物键的结合力越强，所构成的碳化物越稳定。V、Nb、 Ti元素与C相结合的化学亲和力都比较强，均属于强碳化物形成元素。
V、Nb、Ti化合物的晶体结构
由于V、Nb、Ti碳化物中，C原子的半径与金属原子的半径之比 小于0.59，因此，其碳化物均属于简单点阵碳化物（即间隙相）。 一般为面心立方结构，但也存在密集六方结构的碳化物。
世界铌探明储量以氧化铌计约为3800万t，巴西为世界最大铌资源，查 明储量2300万t。包头白云鄂博铁稀土铌综合金属矿，是中国最大铌矿山， 储 量 660 万 t 。 按 目 前 消 费 水 平 计 ， 上 述 铌 储 量 可 供 世 界 使 用 500 年 甚 至 1000年。
我国的铌资源有两个不利特点：一是铌矿石品位偏低；二是共生矿物 复杂。我国Nb－Fe年生产能力仅40～60t。其它铌制品合计也只在50t左右。
2019年我国Nb－Fe消费量约为10,0
钒的理化特性与资源
钒是元素周期表第四周期VB族元素，元素符号V，原子序数23， 相对原子质量50.9，熔点1887℃，沸点3377℃，密度6.11g／cm3。
致密钒为钢灰色，具有良好的可塑性和可锻性。钒原子的外电子 层构型为；3d24s2，有-3、-2、-1和+1～+5共8种价态，其中+5价的 化合物最稳定。
微量元素在钢中的作用机理
4.8
0.047 0.021 0.019 0.028 0.0066
0.052 0.025 0.028 0.069 0.0066
23
含Cr
不含Cr
含/不含Cr钢的CO2腐蚀段面形貌
第24页
（A）
腐蚀产物的XRD衍射能谱
第25页
腐蚀产物膜
Cr的分布
60℃时钢腐蚀产物膜中Cr的分布
成 低 熔 点 共 晶 (985℃) ， 热 加 工 时
(1150~1200℃) ，由于其熔化而导致开裂 ，称热脆性。 • 硫对钢的低温冲击韧性影响很大，降低 硫含量可显著提高冲击韧性。 • 硫还导致钢各向异性，在横向和厚度方 向上韧性恶化。
合金晶界的低熔点硫化物共晶
拉伸断口孔洞及分析
“轴心裂纹”状的缺陷
Cr在耐腐蚀方面有着得天独厚的 条件，得到广泛的使用，利用其 惰性的氧化膜，协助铜共同抵御 腐蚀。
第22页
某钢铁水中的元素含量
审核 一级品 一级品 一级品 一级品 二类 二类 二类 Si 0.5 0.4 Mn 0.32 P 0.13 S 0.023 C 4.72 4.61 4.73 4.65 4.8 4.83 4.6
Cr 钢形成 Cr 7 C 3 或 Cr 23 C 6 ，还可 以与碳形成复合碳化物。 在低碳钢中加入 Cr能提高强度，
硬度和耐磨性，但焊接性能和塑
性有所降低；（Ceq Cr=1/5C）
Rel=170+1300C+160Mn+130M
o+160Cr+88Ni+63W+45Cu+27
v元素在低碳合金钢中的作用
v元素在低碳合金钢中的作用v元素在低碳合金钢中的作用近年来，以低碳合金钢为代表的高强度材料在工业领域得到了广泛应用和重视。
在这类合金钢中，添加适量的合金元素可以显著改善其力学性能和耐用性能。
其中，v元素作为一种重要的微量合金元素，在低碳合金钢中发挥着关键的作用。
本文将针对v元素在低碳合金钢中的作用进行全面评估，并探讨其深度和广度。
1. v元素的简介v元素，即钒元素，是周期表中的一种过渡金属元素，具有较高的熔点和硬度。
其化学性质稳定，能够与其他元素形成多种化合物，并具有良好的合金化能力。
2. v元素在低碳合金钢中的作用2.1 提高强度和硬度添加适量的v元素可以显著提高低碳合金钢的强度和硬度。
这是因为v 元素能够与铁形成固溶体，并稳定晶格结构，从而增加了晶体的强度和硬度。
v元素还能抑制晶界的移动，阻碍位错的滑移，从而提高材料的抗变形能力。
2.2 提高耐腐蚀性能v元素还能够显著提高低碳合金钢的耐腐蚀性能。
这是因为v元素能够与钢中的氧和硫反应，生成稳定的氧化物和硫化物膜，从而阻止氧和硫的进一步侵蚀。
这种膜可以有效防止钢材表面的腐蚀和氧化，延长其使用寿命。
3. v元素的添加方式v元素可以通过两种方式添加到低碳合金钢中：溶剂处理和合金化处理。
溶剂处理是将v元素直接溶解在钢中，利用其与铁的溶解度来改善材料性能。
合金化处理是将预制的含有v元素的合金板加入到钢中，利用合金板中的v元素来合金化钢材。
4. 个人观点和理解在我看来，v元素在低碳合金钢中的作用是非常重要的。
它不仅能提高材料的强度和硬度，还能增强其耐腐蚀性能。
这对于保证低碳合金钢的工业应用和可持续发展具有重要意义。
然而，我们也应该注意到，在v元素添加过多的情况下，反而可能会导致低碳合金钢的脆化和其他不良影响。
在实践中，需要根据具体应用需求和材料特性来精确控制v元素的添加量。
总结回顾v元素作为一种重要的微量合金元素，在低碳合金钢中起着关键作用。
它能显著提高钢材的强度和硬度，同时还能提高其耐腐蚀性能。
合金元素在钢中的主要作用
合金元素在钢中的主要作用
钢是一种由铁和碳组成的合金材料，除了铁和碳外，钢中还常常添加一些其他金属元素，称为合金元素。
这些合金元素能够在钢中发挥重要作用，使钢的性能得到显著改善。
1. 铬：增强钢的耐腐蚀性能。
将铬添加到钢中可以形成一种致密的氧化物表层，有效防止钢的表面被氧化，从而提高钢的耐腐蚀性能。
2. 镍：提高钢的耐热性能。
在高温环境下，钢易发生蠕变、软化等问题，而加入镍元素可以提高钢的热稳定性，增加钢的耐热性能。
3. 钼：提高钢的强度和硬度。
钼是一种强大的固溶强化元素，能够有效提高钢的强度和硬度。
4. 钛、铌等微合金元素：细化钢的晶粒。
钢的晶粒越细，其强度和韧性就越好。
而加入微合金元素能够有效地细化钢的晶粒。
5. 锰：提高钢的硬度和强度。
锰是一种良好的固溶元素，加入适量的锰可以提高钢的硬度和强度。
总的来说，合金元素在钢中的作用非常重要，对于钢的性能有着显著的影响。
在不同的应用场合中，钢需要加入不同的合金元素，以满足不同的性能要求。
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合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用，不外是与钢中的铁和碳两个基本组元发生作用，合金元素之间的相互作用，以及由此而影响钢的组织和相变过程，改变钢的性能等。
下面仅简述其几方面最基本的作用。
一、强化铁素体大多数合金元素都能溶于铁素体，形成合金铁素体。
由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性和韧性有下降的趋势。
如Si、Mn能显著提高铁素体的强度和硬度，但Si超过1%，Mn 超过1.5%时，都会降低铁素体的韧性，只有Ni比较特殊，在一定范围内（不超过5%）能显著强化铁素体的同时又能提高韧性。
二、形成合金碳化物在钢中能形成碳化物的元素有Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等（按与碳的亲合能力由弱到强依次排列）。
与碳的亲合力超强，形成的碳化物越稳定。
根据合金元素与碳的亲合力的强弱和元素在钢中含量的多少，钢中的合金碳化物有合金渗碳体和特殊碳化物两种类型。
弱碳化物形成元素（如Mn）或较强碳化物形成元素（如Cr、W等）在钢中含量不多（0.5~3%）时，一般都倾向于溶入渗碳体形成合金渗碳体。
如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C、(Fe,W)3C 等。
合金渗碳体的硬度和稳定性都略高于渗碳体。
强碳化物形成元素（如V、Nb、Ti等）或较强碳化物形成元素在钢中含量足够高（大于5%）时，就形成与渗碳体晶格完全不同的特殊碳化物。
如Cr23C6、WC、VC、TiC等。
这些碳化物具有更高的熔点、硬度和耐磨性，并且更为稳定。
在淬火加热时很难溶于奥氏体；回火时加热到较高温度才能从马氏体中析出；聚集长大也较慢。
当其在钢中呈弥散分布时，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低韧性。
所以工具钢中常加入碳化物形成元素。
三、阻碍奥氏体的晶粒长大强碳化物形成元素Ti、Nb、V等形成的碳化物及Al形成的AlN、Al2O3等细小质点，分布在奥氏体晶界上，能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，所以合金钢（除锰钢外）淬火加热时不易过热，这样有利于获得细马氏体；有利于提高加热温度，使奥氏体中溶入更多的合金元素，有利于改善钢的淬透性和机械性能。
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微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。
微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。
ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。
多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。
热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。
实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。
碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。
在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。
合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。
合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。
合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。
提高温度会增加氮化物的分数比例。
钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。
1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。
由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。
变形使析出过程的孕育时间大大缩短。
2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。
在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。
微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。
然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。
正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。
这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。
钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。
碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。
钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。
因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。
当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。
与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。
而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。
微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。
碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并有氮化铝形成，因而阻止了在正火温度下奥氏体晶粒的长大。
当钢冷却时，氮化钒可能在Ar3温度下沉淀析出，通过促进铁素体的形核，或者阻止新形成的铁素体晶粒的长大，从而对正火钢的晶粒细化做出了贡献。
剩余的钒以碳、氮化物的形式在铁素体中析出而起到提高强度的作用。
当钒释放了一部分氮并转移给铝后，以碳氮化物形式的析出比轧制状态要少得多，因此，正火钢的强度低于热轧材的强度，但由于晶粒细化的结果，其韧性却较高。
钒也经常和铌或钛一起用于热轧材或正火钢中，通过加铌或钛达到细化晶粒的效果，而通过钒的沉淀析出来增加强度。
钢中加入钒不仅能提高钢的强度、降低过热倾向而且对钢的低温韧性有明显的影响。
当钒的质量分数低于0.1%时，随钒含量的增加，钢的韧脆转变温度降低。
当钒的质量分数超过0.1%时，钒含量增加，韧脆转变温度反而升高。
这是因为钒含量较低时其析出物细小弥散起到明显细化晶粒的作用，使钢的强韧性提高。
钒含量过高时，析出物数量增加，尺寸增大导致钢的韧性降低。
在含锰和硅的钢中，加入少量的钒就可以明显减轻这两种元素对晶粒长大和提高韧脆转变温度的影响。
在一定的温度范围内，铸坯存在一个塑性低谷，此时易发生铸坯边部表面裂纹。
铸坯塑性降低形成的裂纹通常沿奥氏体晶界分布。
塑性低谷通常存在于700～1000℃的温度范围内。
从塑性低谷宽度及其存在温度范围两个方面来看，普通C-Mn钢对裂纹并不敏感，微合金钢中这一问题比普通C-Mn钢要严重得多。
原因是奥氏体晶界上粗大的碳氮化物粒子处形成空洞；细小的碳氮化物沉淀强化了晶内；在变形亚结构中的析出阻止了动态再结晶，阻止了晶界处的应力释放。
最敏感的是含铌微合金钢，含钒微合金钢介于普碳钢和含铌钢之间。
较高的氮含量扩大了含钒钢的塑性低谷区，特别是使塑性低谷向高温方向移动。
研究结果表明，如果钢中钒和氮水平能够满足ω(V、N)<1.2×10-3的要求，含钒钢的热塑性优于含铌钢，并且实验结果表明，含铌钢中添加钒，即使铌含量保持不变，也可改善热裂纹抗力。
在钒微合金化钢中，一般采用再结晶控制轧制(RCR)，使得钢在奥氏体中充分发生再结晶，从而获得细的奥氏体晶粒，为最终获得细晶粒钢提供保障，这是此类钢控制轧制的特点。
钒在细化晶粒方面的作用比铌弱，但在钢中氮含量较大的情况下，也可起到一定的细化作用。
在含氮较高的钒微合金钢中，奥氏体一铁素体相变比率比C-Mn钢和低氮钒钢明显增加，增氮促进了碳氮化钒在奥氏体／铁素体相界面的析出，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到了细化铁素体晶粒尺寸的作用。
其他合金元素对微合金元素在钢中作用的影响？含钒钢中增氮提高了碳(氮)化钒的析出温度，且氮和钒具有更强的亲和力，促进了VC、VN的析出，使钢中原来处于固溶状态的钒转变成析出状态的钒，充分发挥了钒的沉淀强化作用。
氮除增强沉淀强化作用外，氮在钢中还具有明显的细化晶粒作用。
增氮促进了碳(氮)化钒在奥氏体一铁素体界面的析出，有效阻止了铁素体晶粒的长大，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。
钒氮微合金化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了晶粒细化强化和沉淀强化两种强化方式的作用，显著改善了钢的强度、韧性配合。
增氮促进了碳氮化钒在奥氏体一铁素体相界面的析出，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。
高氮钒钢中由于VN或V(C,N)的析出，促进了晶内铁素体(IGF)的形成，这是钒氮钢晶粒细化的另一重要原因。
钛能形成相当稳定的TiN，它在奥氏体中实际上是不溶解的，因此在热加工和焊接过程中可有效阻止晶粒长大，此时宜用少量的钛(0.01%甚至更少量)。
在低合金高强度钢中加入微量钛，可以提高钢的强度，改善钢的冷成形性能和焊接性能。
钛在钢中主要以TiC或Ti(C,N)的形式存在。
钛比铌的固溶温度稍低，即在相同的固溶温度下，钛比铌溶解量多些。
钛具有阻止形变奥氏体再结晶的作用，可以细化晶粒；此外，钛有促进粒状贝氏体形成的作用。
钛形成高温下非常稳定的TiN，在热加工前的再加热过程中抑制奥氏体的晶粒长大。
此外，钛还可以夺走Nb(C,N)相中的氮，若钛的含量刚好足以固定大多数的氮，钛的加入可使铌形成几乎是纯的碳化铌，而不是无钛钢中的氮化铌。
虽然较高的钛含量将导致粗大的液态析出TiN的出现而不能起到阻止晶粒长大的作用，但超出w(Ti)\w(N)理想化学配比的钛将以固溶钛形式或以细小TiC质点形式而显著阻止再结晶，起到析出强化作用。
钛还可以作为钢中的硫化物变性元素使用，以改善钢板的纵横性能差。
Nb在钢中以形成NbC、NbN为主，NbC与NbN具有相同的晶体结构且点阵常数相近，因而可以无限互溶形成碳氮化物NbCxN1-x,其中x可在0~1之间变化通过控制钢中的Nb、C、N含量的变化，可使x变化。
N/C越高，析出物中越富N且析出温度越高。
稀土在钢中有净化和明显的变质作用。
稀土和氧、硫有很强的亲和力，钢中加入稀土首先形成各种稀土夹杂物，在全氧的质量分数大于0.005%，硫的质量分数大于0.015%的钢中，98%以上的稀土以夹杂物形态存在，固溶稀土仅有ppm数量级。
稀土降低碳、氮的活度，增加其溶解度，降低其脱溶量，使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中去，减少了钉扎位错的间隙原子数目。
稀土影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构，因而提高金属和合金钢的力学性能。
稀土加入钢中可以显著提高钢的横向冲击性能。
稀土对韧性所做的贡献是通过对硫化物变质来实现的，当条状MnS大部分被球状、纺锤状稀土夹杂物取代后，断口会出现因球状稀土夹杂物引起的韧窝，从而达到改善韧性的目的。
加入稀土后，高温条件下的伸长率和断面收缩率明显提高，钢的热塑性得到改善。
热塑性改善的主要原因是稀土能够细化铸态组织、减少合金偏析、强化晶界。
由于钢中稀土元素能有效地脱硫、脱氧、降低钢中夹杂物数量并使夹杂物变质，从而增强钢基体的耐蚀性。
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