3-微合金元素在钢解析.ppt

第3章 微合金元素在钢中的作用 氮含量对各种不同碳含量钒钢的强度性能和沉淀强化效果的影响。 　　钒钢的屈服强度随氮含量线性增加，并且沉淀强化作用随钢中碳含量的升高而明显增高。对于0.22%C-0.12%V的钒钢，在低氮的情况下，碳化钒的沉淀强化作用仅为160MPa；而当钢中氮含量达到200 ppm时，沉淀强化的贡献升高到260MPa左右。钢中增氮使沉淀强化作用提高了100MPa，相当于钢中每增加10ppm的氮强度提高5～6MPa。 钒氮复合微合金化 　　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。 钒氮微合金化的优势 　　钒氮微合金化与钒微合金化处理后的钢相比在相同强度水平下钒的添加量可减少20%～40%，即低钒含量下获得了高强度，节约了钒用量 钢中增氮带来的钒的节约 VN微合金化钢和V微合金化钢钒元素与屈服强度的关系图 细化晶粒作用　　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。 氮对V-Ti-N钢铁素体晶粒细化的影响 各种强化机制对强度的贡献 　　对于铁素体一珠光体型结构钢，屈服强度(σs)主要由以下4部分组成：(1)基体的晶格力(σ0)；(2)固溶强化(σss)；(3)晶粒细化强化(σc)；(4)沉淀强化(σPR)。 　　钢中增氮后，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，显著改善了钢的强韧性配合。 157.0 228.5 88.8 85.7 560 钒氮钢 69.5 205.6 80.2 85.7 440 钒钢 σpr σc σss σ0 σs 钢种 各种强化机制对强度贡献的估算值（MPa） Ti的化和物 　　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)。 　　钛若较高，过量的钛会在较低的温度下以TiC的形式析出，起到析出强化的作用。通常钢中要有足够的氮与所有的钛结合形成TiN。当氮将耗尽时，析出物逐渐过渡到混合的碳氮化物。 　　钛也与O、S有较强的亲和力，在钛微合金化低碳钢中会有Ti4C2S2或TiS生成，它们在热轧时不变形，硫化钛或碳硫化钛的形成减少了形成TiN和TiC的钛含量。 钛在奥氏体中的溶解 　　钛的碳氮化物在钢中的溶解度与铌的碳氮化物的溶解度相似。钛在钢中的溶解度可用下式表示： Lg[Ti][N]=2.75-7000／T Lg[Ti][C]=3.9-15200／T 　　具有一定总量的TiN，在钢的轧制温度范围内往往不能全部溶解，这部分化合物以析出相的形式存在，在随后的析出过程中，可能继续长大。 奥氏体和铁素体中微合金碳、氮化物的平衡溶解度积 钛在钢中的作用 概　述 　　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。 　　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 　　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