谈微合金元素Nb_V_Ti在钢中的作用
N,V,B,Ti对钢铁性能的影响
N,V,B,Ti对钢铁性能的影响N元素1、铁素体溶解氮的能力很低。
当钢中溶有过饱和的氮,在放置较长一段时间后或随后在200~300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出,并使钢的硬度、强度提高,塑性下降,发生时效。
钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理,使氮固定在AlN、TiN或VN中,可消除时效倾向。
2、氮能提高钢的强度,低温韧性和焊接性,增加时效敏感性。
3、氮的有益作用:1)N亦是强烈的A体形成元素,在这点上它与Ni相似,比Ni作用强27倍,特别在不锈钢中得到广泛注意。
它有可能是代替Ni的重要元素之一,特别与Ni其同作用,稳定A体效果更好,尤利代Ni。
2)N还可在复杂的A体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化。
因此,可在无显著成绩脆性的情况下提高它的热强性。
3)N能提高高铬钢,特别是含V的的高铬工具钢的热硬性。
N能使这些钢的二次硬度的回火温度的间段增大,并使此间段向更高温方面移动,所以可得到较好的综合性能,在高铬钢中N还能改善其热加工性能。
4)N在铁素体中可促使A体形成,由于γ相的出现,可减小晶粒粗化倾向,所以可改善钢的韧性和焊接性能。
5)N对磁钢的影响较大:如当N溶解在钢中的固溶体状态存在时会使矫顽力稍增而磁导率降低,当形成AlN、FeN等非金属夹杂影响就加剧。
N还是引起硅钢片磁时效的主要因素之一。
一般说一定数量的夹杂对得到取向组织是有益的。
所以它可阻碍位向不适合的晶粒生长。
从而使取向合适的晶粒加速成长。
N对取向冷轧变压的质量也有很大影响,过多或过少的含N量都不易使N量使冷轧硅钢片获得大晶粒和高磁性。
适宜的含量是N =0.01~0.1%或更低至0.001%,但要获得更好磁性,最好能在热处理后将冷轧硅钢片中残留N除去。
6)钢的表面渗N,可使它得到高的表面硬度(RC70)500~600℃中进行和耐磨性,高的疲劳极限和抗蚀性(600~700℃中进行)。
7)铬锰钢中加入0.35~0.45%以上的N即可得单一的A体组织。
nb,v,ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响
nb,v,ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响NB-V-TI微合金元素是连铸坯表面质量的关键因素,其在调节坯表分布性及坯表缺陷有着至关重要的作用。
NB,V,Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响连铸坯是在钢铁冶炼工艺中十分重要的环节,在铸件的成形过程中,表面质量的好坏直接影响到之后的熔炼、外形、尺寸等性能指标的保证。
近年来,NB、V、Ti等合金元素在连铸坯表面质量方面的影响也逐渐受到人们的重视。
下面就NB,V,Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响进行简要介绍。
一、NB对连铸坯表面质量的影响1、降低连铸坯表面温度Nb可以有效抑制连铸坯表面的热膨胀,可以降低连铸坯表面的温度,提高表面的稳定性,从而显著降低连铸坯表面的黏性和吸收煤灰的能力,抑制渗漏,提高连铸坯表面质量。
2、抑制氧化Nb能够抑制核物理反应,改善液化熔融体系,有效抑制核物理反应,可以有效抑制连铸坯表面的氧化,减少氧化物的生成,较好地控制表面氧化形貌,有助于改善连铸坯表面质量。
二、V对连铸坯表面质量的影响1、影响连铸坯表面细节V对于连铸坯表面细节有着极大的影响,能够改善连铸坯表面的均匀性,使连铸表面的细节均匀一致,有利于改善最终成型铸件的外形和尺寸。
2、提高表面硬度V可以提高连铸坯表面的硬度,减少外加压力对表面的影响,进而抑制表面的磨损,改善连铸表面的质量。
三、Ti对连铸坯表面质量的影响1、改善表面结构Ti可以改善连铸坯表面的结构,进而改善喷浆膨胀性,降低表面的温度,减少表面黏度,有助于改善连铸坯表面的质量。
2、抑制气孔比Ti是一种非常活跃的金属,可以有效抑制气孔比,进而改善表面的外观质量,有助于改善连铸坯表面质量。
综上所述,NB,V,Ti微合金元素在连铸坯表面质量方面有着重要的影响,能够改善连铸坯表面的温度、细节、外观以及磨损等性能指标,保证连铸坯的表面质量。
因此,在实际生产过程中应充分考虑NB,V,Ti微合金元素,为后续成形工序提供高质量、满足外形及尺寸要求的连铸坯。
Nb对微合金控轧钢组织性能
1、设计(论文)的选题意义及国内外研究现状
微合金控扎钢是目前高强度钢材研究的热点之一。通过单独或复合加入微量合金化 元素Nb, V 或 Ti 达到晶粒细化, 提高力学性能的目的。其中 Nb 在钢中能显著提高 奥氏体的粗化温度和再结晶温度, 具有细化晶粒和弥散强化的作用, 是提高材料强韧 性最为有效的合金元素之一。同时, Nb 的加入还能使钢实现高温轧制。并且 Nb 的 价格相对稳定( 相对于 V 与 Ti) 低廉, 让 Nb 更具有经济性和竞争力。因此,铌微合 金化钢的研究具有重要意义。
现状:
2、主要研究内容
设计几组含铌量不同的微合金控轧试验钢,采用热处理模拟方法研究900℃奥氏体化 550℃等温处理后微合金控轧钢的组织、性能及第二相粒子的析出行为。
3、拟采用的研究思路(方法、技术路线、可行 性分析论证等)
方法: 3种含铌试验钢由低铌到高铌的顺序标定为 Nb1, Nb2, Nb3。将试验钢在箱式炉 中加热, 温度为 1150∽1250 ℃, 然后锯成宽120 mm, 厚 8 mm 的试验钢钢板。将钢板 试样加热至 1230 ℃保温 25 min, 盐浴淬火进行固溶处理。然后将试样加热至 900 ℃奥 氏体化 5 min, 迅速分别放入 550 ℃硝盐浴保温 10 min, 空冷。热处理工艺图为、
4、设计(论文)的预期结果(成果)
的细条状碳化物组成, 其中铁素体一般在 γ晶界形核。根据文献可以确定这里的板条 状组织就是板条贝氏体铁素体, 透射电镜组织形貌也进一步证明这种板条组织为板条 贝氏体铁素体。从图 4(c)可看出,Nb3 中粒状组织形貌特征是板条束铁素体基体上 弥撒分布有马氏体/奥氏体小岛, 且小岛呈不规则形状, 无规则地分布在无规则形状的 铁素体基体上。
合金元素在钢中的作用完整版
合金元素在钢中的作用(完整版) 合金元素在钢中的作用钢是一种由铁和碳元素组成的合金,其含碳量通常在0.02%至2.1%的范围内。
在钢的生产过程中,添加其他合金元素可以显著改变钢的性能,以满足多样化的应用需求。
下面详细讨论了合金元素在钢中的主要作用。
1.碳(C)碳是钢中的主要合金元素,其作用主要是提高钢的硬度和强度。
随着碳含量的增加,钢的硬度、强度和耐磨性会提高,但其可塑性和韧性会降低。
过多的碳含量会导致钢的硬度过高,使得材料变得脆且难以加工。
2.锰(Mn)锰是一种可以替代部分铁的合金元素,能有效提高钢的强度和硬度。
同时,锰还可以改善钢的铸造和锻造性能,防止铁素体的过度形成,从而提高材料的韧性。
3.硅(Si)硅可以提高钢的硬度和强度,同时还可以增强钢的抗氧化性和抗腐蚀性。
然而,过量的硅会导致钢的韧性下降。
4.磷(P)和硫(S)磷和硫在钢中通常被视为杂质,因为它们会降低钢的韧性和耐腐蚀性。
然而,它们在某些情况下也可以提高钢的硬度和强度。
例如,磷在工具钢中可以提高其硬度和耐磨性。
5.铬(Cr)铬可以提高钢的硬度、强度和耐磨性,同时还可以提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性。
在不锈钢中,铬的作用尤为重要,通常与氮、钼等元素共同作用,以提高不锈钢的强度和耐腐蚀性。
6.钼(Mo)钼可以提高钢的强度、硬度和耐腐蚀性,特别适用于制造热处理零件和高温用零件。
7.钨(W)钨是一种高熔点的合金元素,可以提高钢的热硬性和红硬性,使其在高温下仍能保持高强度和硬度。
这使得钨成为制造耐高温零件和工具的关键元素。
8.钒(V)和铌(Nb)钒和铌可以细化钢中的晶粒,提高材料的强度、硬度和韧性。
特别是在调质钢中,它们可以显著提高材料的综合性能。
9.钛(Ti)和铝(Al)钛和铝可以脱氧和去除杂质,提高钢的纯度,同时它们还可以形成强化相,提高钢的强度和硬度。
特别是在一些需要高强度的结构材料中,这些元素的作用尤为重要。
10.稀土元素(RE)稀土元素可以有效地改善钢的工艺性能、耐腐蚀性和抗氧化性。
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。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有:铬(Cr),锰(Mn),镍(Ni),硅(Si),硼(B),钨(W),钼(Mo),钒(V),钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。
含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。
硅量增加,会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰(Mn):在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0.30-0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。
锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。
锰可提高钢的强度,增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%,优质钢要求更低些。
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。
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的作用合金元素是指在钢中加入的其他金属或非金属元素,它们与铁元素和碳元素相互作用,从而改变钢的性能和性质。
合金元素的添加可以提高钢的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等,使钢具有更优异的性能,满足不同的使用要求。
以下是合金元素在钢中的一些常见作用:1.碳(C):是钢中最主要的合金元素之一,加入合适的碳量可以提高钢的硬度和强度。
碳元素可以通过固溶强化的方式使钢的晶粒细化,从而提高钢的强度和硬度。
但是过高的碳含量会降低钢的塑性和耐热性。
2.硅(Si):是一种强化和脱氧元素,常用于高碳钢和合金钢中。
硅可以增加钢的强度、硬度和耐磨性,促使钢的晶粒细化。
同时,硅还可以与氧结合,形成氧化物,从而脱除钢中的氧气。
3.锰(Mn):是一种强化元素,常用于普通碳钢和低合金钢中。
与铁和碳相结合,形成硬化相,提高钢的硬度和强度。
锰还可以提高钢的韧性和抗冲击性,减少钢的冷脆性。
4.磷(P):是一种脆化元素,过量磷会降低钢的塑性和韧性。
但适量的磷可以起到强化钢的作用,提高钢的硬度和强度。
5.硫(S):是一种脆化元素,过量的硫会降低钢的韧性。
然而,适量的硫可以改善钢的切削加工性能,提高切削刃的寿命。
6.铬(Cr):是一种耐腐蚀元素,主要用于不锈钢和耐热钢中。
铬与钢中的铁形成铬化铁,并形成致密的氧化铬膜,从而防止氧气和水的侵蚀,提高钢的耐腐蚀性。
7.镍(Ni):是一种耐腐蚀和耐热元素,常用于不锈钢和耐热钢中。
镍可以改善钢的塑性、韧性和韧齿性,提高钢的耐腐蚀性和耐热性。
8.钼(Mo):是一种强化元素,用于合金钢和高速钢中。
钼可以提高钢的强度、硬度和耐磨性,同时还能提高钢的耐热性和抗腐蚀性。
9.钒(V):是一种强化元素,广泛应用于合金钢和高速钢中。
钒可以提高钢的强度、硬度和耐磨性,同时还能提高钢的耐高温性能。
10.铌(Nb):是一种强化和固溶强化元素,常用于低合金钢和高强度钢中。
铌可以提高钢的强度和硬度,还能改善钢的焊接性能和耐腐蚀性。
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。
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的作用钢中的元素分常存和添加两种。
在实际生产和使用的钢中总是有少量非有意加入的各种元素,如硅、锤、磷、硫、氧、氮、氢等,这些元素称为常存或残余元素。
其中,硅、锺是脱氧后残留下来的;磷、硫主要是原材料带来的;而氧、氮、氢部分是原材料带来,其余部分是在冶炼过程中从空气中吸收的。
为了改善和提高钢的某些性能,或获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铭(Cr)、镇(Ni )、铝(Mo )、鸽(W)、饥(V)、铁(Ti)、银(Nb )、错(Zr)、钻(Co)、硅(Si)、锤(Mn)、铝(Al)、铜(Cu)、棚(B)、稀土(Re)等。
磷(P)、硫(S)、氮(N)等在某些情况下也起到合金元素的作用。
合金元素在钢中与铁和碳这两个基本组元的相互作用,以及它们彼此之间的相互作用,影响钢中各组成相、组织和结构,促使其发生有利的变化,可提高和改善钢的综合力学性能;能显著提高和改善钢的工艺性能,如洋透性、回火稳定性、切削加工性等;还可使钢获得一些特殊的物理化学性能,如耐热、不锈、耐腐蚀等。
这些性能的改善和获得,一部分是加入合金元素的直接影响,而大部分则是通过合金元素对钢的相变过程影响所引起的。
合金元素所起的作用,与其本身的原子结构、原子大小和晶体结构特征等有关。
人们对合金元素在钢中所起作用的认识是经过长期实践、不断探索而发展起来的,因此,还需不断地研究、探索、发展。
总的说来,合金元素在退火状态下起着强化铁素体的作用,从而提高退火状态下钢的强度。
它们对铁素体强化的程度由强到弱排列为P、Si、Ti、Mn,Al、Cu,Ni、W、Mo、V、Co、Cro除镇外,它们都使伸长率和冲击值下降,而镇一方面显著提高强度,另一方面却始终使塑性和韧性保持高水平。
除C o、Al外的大多数合金元素在洋火回火状态下均能提高钢的洋透性。
添加了合金元素的合金钢在硬度、强度(σb,a.),塑性指标(σ%,ψ%)等性能方面均高于碳钢,冲击韧性αk也较高。
微合金钢(Nb、V、Ti)
沉淀强化 随着转变温度和冷速的不同,析出相在形态和分布特征上存在相间
析出、过饱和铁素体中弥散析出、铁素体内沿位错处析出等几种析出方 式。析出的机理和效果,取决于晶体结构的类型、析出相的尺寸及分布、 微合金元素原子在基体中的扩散及析出速率。总的来说,强化效果与析 出质点的平均直径成反比关系,与析出物质点的体积分数的平方根成正 比关系。
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。
钒在铁素体中的析出
V(C,N)可跟随着γ/α界面的移动在铁素体内随机析出,即为一般析出。 或者平行于γ/α界面,以一定的间距形成片层状分布的相间析出。
球化:球化退火处理 球化退火的主要目的是由热处理使钢铁材料内部的层 状或网状碳化物凝聚成为球状,使改善钢材之切削性能及加工塑性,特别 是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。
45钢
35钢
复化:钢铁材料的复相化已成为重要发展方向,广义上讲只要含有两种以上 组织的钢都可称为复相钢
例如马氏体、奥氏体、铁素体、贝氏体、碳化物等,此外引入其他强化手段 如纤维、陶瓷相等,也可成为复相。
相间沉淀转变示意图
V-N钢中V(C,N)析出相
a-0.0051%N;b-0.0082%N;c-0.0257%N;d-0.0095%N,0.04%C
随氮含量增加,V(C,N)量多且弥散度增加。 高温条件下析出反应的化学驱动力小,析出的形核发生在相界上;低温 时,驱动力大,铁素体基体内部也能发生形核。 相间析出的特征之一是温度越低析出相越细
几种常用合金元素在钢中的作用
几种常用合金元素在钢中的作用合金元素是指在钢中加入的其他金属元素,以改变钢的性能和性质。
下面将介绍几种常用合金元素在钢中的作用:1.镍(Ni):镍可以提高钢的耐腐蚀性和机械性能。
当镍的含量达到8-25%时,可以获得具有优良耐腐蚀性的不锈钢。
此外,镍还能提高钢的强度和韧性,改善钢的热加工性能。
2.铬(Cr):铬是一种常见的合金元素,添加铬可以提高钢的耐腐蚀性。
当铬的含量达到12-30%时,可以制备出具有良好耐腐蚀性的不锈钢。
铬还可以提高钢的硬度和强度,同时改善钢的高温性能。
3.钼(Mo):钼是一种重要的强化元素,加入钼可以提高钢的硬度和强度,提高钢的抗拉、屈服和冲击韧性。
此外,钼还能改善钢的耐腐蚀性和抗腐蚀性能,使钢具有较好的抗热和抗切削性能。
4.钛(Ti):钛可以提高钢的硬度、强度和抗腐蚀性能。
添加钛可以防止钢中的碳和氮组成碳化物和氮化物,从而减少钢的渗碳和固溶碳的过程,提高钢的晶粒细化和塑性。
5.钒(V):钒是一种重要的强化元素,加入钒可以提高钢的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。
钒还能提高钢的热处理稳定性,改善钢的高温强度和高温氧化性能。
6.锰(Mn):锰是一种常见的合金元素,添加锰可以提高钢的强度、硬度和韧性。
锰还能提高钢的冷加工硬化性和磁性。
此外,锰还能防止钢中的氧化物夹杂物形成,从而提高钢的质量。
7.硅(Si):硅能够提高钢的强度和硬度,同时还可以改善钢的热加工性能和抗氧化性能。
硅还能提高钢的磁性和导电性。
除了以上几种常见的合金元素外,还有钨、铌、铝等合金元素也常用于钢中,它们分别具有不同的强化、耐磨、耐腐蚀等特性,能够满足不同工程需要。
总之,合金元素在钢中的作用取决于其种类和含量。
通过合理选用和控制合金元素的添加,可以改善钢的性能和性质,满足各种应用场合的需要。
各元素在合金钢中的作用
各元素在合金钢中的作用合金钢由铁和其他元素组成,这些元素对合金钢的性能具有重要的影响。
在合金钢中,各元素的作用可以分为强化作用、抗腐蚀作用、抗磨损作用以及调节作用等。
强化作用是合金钢中各元素最重要的作用之一、添加一些合适的合金元素可以显著提高合金钢的强度、硬度和耐久性。
以下是一些常见的强化元素及其作用:1.碳(C):铁与碳的组合形成了最常见的钢。
碳可以增加钢的硬度和强度,并改善耐磨性。
高碳钢通常用于制造刀具和弹簧等需要高硬度和强度的产品。
2.硅(Si):硅可以有效地提高钢的强度和硬度,并有助于控制钢的晶粒尺寸。
硅还可以降低钢的热脆性。
3.锰(Mn):锰可以提高钢的韧性、硬度和强度,同时促进晶粒细化。
锰还有助于降低钢的热脆性。
4.铬(Cr):铬是一种常用的合金元素,可以提高钢的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
铬能够形成一层致密的氧化膜,称为“氧化铬膜”,有效地防止钢的进一步氧化和腐蚀。
5.钼(Mo):钼可以提高钢的强度、硬度和耐切削性能。
钼还可以提高钢的耐高温性能和抗腐蚀性。
6.钛(Ti):钛可以阻碍钢中的晶粒生长,从而细化钢的晶粒结构。
钛还可以提高钢的强度和耐腐蚀性。
抗腐蚀作用是另一个重要的元素作用。
以下是在合金钢中常用的抗腐蚀元素及其作用:1.镍(Ni):镍能够提高钢的耐腐蚀性。
镍在钢中的溶解度很高,能够有效地阻止钢的腐蚀。
2.钼:前面已经提到,钼可以提高钢的抗腐蚀性能,特别是在酸性和氯化物环境中。
3.铜(Cu):铜可以提供钢的抗腐蚀性能,特别是在含有硫酸和盐酸等化学物质的环境中。
抗磨损作用是另一个重要的元素作用。
以下是在合金钢中常用的抗磨损元素及其作用:1.钼:钼可以提高钢的耐磨性能,特别是在高温和高压力条件下。
2.钽(Ta):钽可以提高钢的抗磨损性能和耐高温性能。
3.铌(Nb)和钛:铌和钛可以用于合金钢中,以提高其耐磨性和耐热性。
最后,元素还可以用于调节合金钢的特性。
以下是一些常用的调节元素及其作用:1.硼(B):硼可以提高钢的硬度和强度,并有助于钢的热处理和淬火过程。
微合金钢概要(Nb、V、Ti)
钛的固溶度非常低,在钢材钛含量适宜(0.01%~0.02%)时才能同时满足 各方面的要求,更低的钛含量将不能得到足够体积分数的TiN来有效阻止 晶粒粗化。
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。
钛的析出规律
TiN在钢中的溶解度很低,在传统厚板坯的凝固过程或高温奥氏体区即 可析出。这些大尺寸颗粒只有在温度高于1300℃时开始溶解,并且直 到液态都无法完全溶解,未溶解的TiN在高温奥氏体化时,显著提高对 晶粒粗化的抵抗力,有效抑制奥氏体晶粒长大。液态析出的TiN一般比 较粗大,尺寸为微米级。
相间沉淀转变示意图
V-N钢中V(C,N)析出相
a-0.0051%N;b-0.0082%N;c-0.0257%N;d-0.0095%N,0.04%C
随氮含量增加,V(C,N)量多且弥散度增加。 高温条件下析出反应的化学驱动力小,析出的形核发生在相界上;低温 时,驱动力大,铁素体基体内部也能发生形核。 相间析出的特征之一是温度越低析出相越细
钛微合金化对强度和韧性的影响 随Ti含量增加,屈服强度和抗拉强度升
高,伸长率降低,加入钛后,屈强比提高, 所有纵横向冷弯试验d=a的180°冷弯性能良 好。
钛含量对V、Ti微合金化汽车 大梁钢力学性能的影响
Ti与C、N、S均有较强的亲和力,一方面与C、N结合形成碳氮化物产生细晶 强 化 作 用 , 另 一 方 面 又 能 与 S 作 用 形 成 塑 性 比 MnS 低 的 多 的 TiS , 从 而 降 低 MnS的有害作用,改善钢的横向性能。钛含量较低时增加钛含量不引起钢的韧 性降低,钛含量过高,由于在晶界上形成钛的氮化物和硫化物而引起钢的脆化。 研究表明,在其它成分基本相同的情况下,加钛钢较不加钛钢强度明显提高, 韧脆转变温度也有一定程度的提高。
微合金化元素钛、钒、铌的特性
微合金化元素钛、钒、铌的特性近年来,钢中添加微合金化元素的重要性备受关注,并通常被视为现代钢种的一大特点。
因此可以预见,随着新钢种的开发,微合金化元素的使用会越来越多。
“微合金化”即是指这些元素在钢中的含量很低,通常低于0.1%(重量百分比)。
和钢中不需要的残余元素不同,微合金化元素是有目的的加入钢中以改善钢材的性能。
合金化元素和微合金化元素不仅在合金含量上有明显的区别,而且其不同的冶金效应也各有特点:合金化元素主要是影响钢的基体;而微合金化元素除了溶质原子的拖曳作用外,几乎总是通过第二相的析出而影响钢的显微组织结构。
钢的可焊性、成型性和断裂韧性要求较少的非金属夹杂(氧化物和硫化物),并希望残余夹杂以球形状态存在。
因此低氧和低硫是现代钢的必要条件。
另外,铝脱氧的钢水脱氧的标准工艺。
在钢凝固后,未结合成氧化铝的残留铝将形成氮化铝。
这一古典的微合金元素析出物细化晶粒的效应已被使用了50多年。
其它微合金添加元素如钙或稀土元素,由于对硫化物形态的控制的作用也广为人知。
除了上述这些影响非金属夹杂物的元素外,自1960年代以来,钢中单独或复合加入一些碳化物和氮化物形成元素也对钢的发展产生了重要影响。
元素的潜势根据各元素在周期表中的位置,可以大致确定其对钢的性能产生何种可能的影响。
图4.176显示出4-6周期的Ⅳa-Ⅵa族的化学元素。
这些元素因为其熔点很高通常被称为“难熔金属”。
它们不仅具有高的熔点,而且具有形成氮化物和碳化物趋势。
这种趋势从图中右上角向左下角方向逐渐增强;而且形成氮化物的倾向要强于形成碳化物的倾向。
除形成氮化物和碳化物的倾向外,第Ⅳa族元素还具有更高的形成氧化物和硫化物的倾向。
另一方面,Ⅵa族元素与非金属化合物的亲合力比Ⅳa族和Va族元素低,此外他们的碳化物具有正斜方体或六角体的晶体结构。
这种结构与Ⅳa族和Va族元素的面心立方结构碳化物相比较,不太可取,面心立方和钢的立方体基体有一定的共格性,这可能对钢的性能有益。
微量元素在钢铁中的作用
钢铁中微量金属元素的作用:--------------------------------------1、磷(P):使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性;但可改善钢的切削性能。
2、硅(Si):能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。
冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。
3、锰(Mm):能提高钢的强度和硬度及耐磨性。
冶炼时的脱氧剂和脱硫剂。
4、铬(Cr):能增加钢的机械性能和耐磨性,可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。
同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力,增加钢的耐蚀性和耐热性等。
5、镍(Ni):可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。
增加钢的淬透性及硬度。
6、钒(V):可赋于钢的一些特殊机械性能:如提高抗张强度和屈服点,明显提高钢的高温强度。
7、钛(Ti):可防止和减少钢中气泡的产生,提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。
8、铜(Cu):一般如P、S一样是残留有害元素。
Cu的存在会降低钢的机械性能,破坏钢的焊接性能,会使钢在锻轧等加工时产生热脆性。
钢中加入一定量的Cu,可提高钢的退火硬度,降低成本。
若含Cu 0.15~0.25%时,可使钢的耐大气腐蚀的性能。
9、铝(Al):(1)低碳结构钢中 0.5~1%的Al有助于增加钢的硬度和强度;(2)铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性;(3)高碳工具钢中Al的存在可使产生淬火脆性。
10、钨(W):可提高钢的蠕变强度,又是钢中碳化物的强促进剂,每1%的W可提高钢的抗张强度和屈服点4×9.8N/cm²,并使其具有回火稳定性和高温强度。
11、钼(Mo):可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性,同时又能使钢在高温下具有足够的强度,能改善钢的冷脆性和耐磨性等。
12、钴(Co):可以提高和改善钢的高温性能,增加其红硬性,提高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。
13、铌(Nb):可使钢的晶粒细化,降低钢的过热敏感性及回火脆性;改善钢的焊接性能,提高耐热钢的强度和抗蚀性等。
nb元素在钢中的作用
nb元素在钢中的作用NB元素在钢中的作用1. 引言钢是一种重要的结构材料,广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域。
为了提高钢的性能和使用寿命,我们经常向钢中添加合金元素。
其中,Nb元素作为一种重要合金元素,在钢中发挥着重要的作用。
2. Nb元素的特性•Nb元素具有高熔点、高热稳定性的特点;•Nb元素可以与C、N等元素形成强盐类化合物,提高钢的强度和硬度;•Nb元素能够稳定碳化物的形成,抑制晶界腐蚀和晶内腐蚀,提高钢的耐蚀性。
3. Nb元素在钢中的作用•提高钢的强度:Nb元素能够与C形成高硬度的碳化物,增强钢的强度和硬度,提高钢的耐磨性和抗拉强度。
•抑制晶界腐蚀:Nb元素能够稳定碳化物的形成,限制了晶界处的腐蚀和氢致开裂现象,提高了钢的抗腐蚀能力和耐候性。
•改善焊接性能:Nb元素能够减少钢的碳当量,改善焊接性能和可焊性,降低焊接变形和裂纹的风险。
•提高钢的高温强度:Nb元素能够形成细小的碳化物颗粒,细化晶粒,提高钢的高温强度和抗蠕变性能。
•增加钢的稀土能力:Nb元素对钢的钝化膜具有稀土能力,能够提高钢的耐蚀性和抗疲劳性能。
4. 结论以Nb元素为合金化添加剂的钢具有较高的强度、耐蚀性和耐磨性,适用于各种高强度、高耐磨、高耐蚀的工程结构。
然而,Nb元素的添加量和加工工艺条件需要合理控制,以充分发挥其作用,同时避免过量导致成本增加和钢的脆性增加。
参考文献:•Smith, W. F., & Hashemi, J. (2006). Foundations of materials science and engineering. McGraw-Hill.•Gu, J., Zambaldi, C., & Somani, M. (2018). Nb-alloying effects on the microstructure and mechanical propertiesof Ti-6Al-4V. Materials & Design, 143, .。
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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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。
钢加热时,其碳、氮化物随温度升高,逐渐溶解,直至全部溶解到奥氏体中;冷却时,随温度降低,溶解度减小,其碳、氮化物逐渐析出。
正是这种行为,演绎出N b 、V 、T i 对钢性能的改善作用。
213 碳、氮化物的溶度积(溶解度乘积)
钢加热奥氏体化时,N b 、V 、T i 与奥氏体中的碳、
氮亲和性不同,这种差异导致了它们的碳、氮化物有不同的溶度积,如图2所示。
由图2可知:N b 的碳、氮化物溶度积曲线位置比较接近,V 、T i 的碳、
氮化物溶度积曲线位置相差较大;在加热温度相同情况下,溶解量从多到少的顺序是:V C 、T i C 、VN 、N bC 、N bN 、T i N ;V C 在800℃左右开始大量固溶,T i N 在1150℃以上才开始一定量的固溶。
在铁素体中也有相似的规律,所不同的是其碳、氮化物在铁素体中溶解度更低。
因此,冷却时T i 析出温度最高,N b 次之,V 最低。
图2 Χ中碳化物和氮化物的溶度积
3 Nb 、V 、T i 在钢中的作用
311 细化晶粒
细化晶粒,既可提高强度,又使韧性变好,是最经
济、最有效改善钢性能的方法之一。
31111 阻止奥氏体晶粒粗化
随着加热温度的提高及保温时间的延长,奥氏体
晶粒将愈趋粗大,而粗大的奥氏体对钢的加工性及细
化铁素体不利。
加入N b 、V 、T i 可以阻止奥氏体晶粒
长大,提高钢的粗化温度。
这是由于它们的碳、氮化物
弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用,阻碍奥氏
体晶界的迁移,亦即阻止了奥氏体晶粒长大。
图3给出
了碳钢与N b 、V 、T i 钢奥氏体晶粒尺寸随加热温度的
变化曲线,图4示出了微量元素含量对奥氏体晶粒粗
化温度的影响。
图3 Χ晶粒尺寸与加热温度的关系 图4 含量对Χ晶粒粗化温度的影响
12
31112 细化铁素体晶粒
随着轧制的进行,温度逐渐降低,N b 、V 、T i 的碳、
氮化物在奥氏体中的溶度积减小,加之形变诱导析出的作用,其碳、氮化物在奥氏体向铁素体转变之前弥散析出(析出的质点越小越好,尺寸应小于5nm ,如大于100nm ,成为夹杂物,对钢的性能不利),成为铁素体的形核剂,使铁素体在较小的过冷度下大量形成,不易长大,从而细化了铁素体晶粒。
随含量的变化细化晶粒的效果如图5所示,N b 的效果最为明显,T i 次之,V 最差。
图5 含量对热轧状态下晶粒大小的影响312 提高奥氏体再结晶温度
N b 、V 、T i 及碳、
氮化物在奥氏体中的溶解度较大,温度较低时,奥氏体为过饱和固溶体,此时变形会诱导过
饱和奥氏体发生沉淀;这些细小的沉淀物较多的分布于
变形的奥氏体晶界或亚晶附近,抑制了晶界迁移而对再
结晶具有显著的延迟效果,之所以能抑制晶界迁移是由
于:①N b 、V 、T i 偏析于晶粒边界而引起的溶质原子的拖
拉作用;②其碳、氮化物在晶界弥散分布而引起的钉扎作
用。
提高奥氏体再结晶温度,可扩大未再结晶区,这对在
未再结晶区控轧非常有用。
313 改善钢的焊接性能
钢在使用过程中,经常要进行焊接,焊接接头是其薄弱环节,特别是热影响区,最易在此破坏。
在钢中添加微
量的N b 、V 、T i ,一方面,可在减少碳当量含量的同时,提高强度,从而提高钢的焊接性能;另一方面,将不纯物质如氧、氮、硫等固定起来,从而改善钢的可焊性;其次,由于其微观质点的作用,例如T i N 在高温下的未溶解性,可阻止热影响区晶粒的粗化,提高热影响区的韧性,从而改善钢的焊接性能。
4 结束语
如文中所述,N b 、V 、T i 在钢中的作用有:
(1)阻止奥氏体晶粒粗化;
(2)细化铁素体晶粒;
(3)提高奥氏体再结晶温度;
(4)改善钢的焊接性能。
除此之外,还有许多重要作用,如固溶强化、沉淀强化、控制夹杂物形态等,限于篇幅,未及论述;随着认识的深入,控轧控冷水平和高性能需求钢的提高,N b 、V 、T i 在钢中将会扮演更重要的角色。
22。