铌在特殊钢中的应用

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1、铌在特殊钢中的应用中信微合金化技术中心专家委员会孟繁茂摘 要本文综述了铌在特殊钢中的应用，重点介绍了铌、钒、钛的冶金特性及其应用原理，提出铌在我国特殊钢品种结构调整、性能优化的应用及其重要性。关键词铌、微合金化、特殊钢NiobiumApplicationInSpecialSteelsMENGFanmao(ExpertCommitteeofCITICMicroalloyTechnologyCenter)Abstract      ThispaperdiscussesNiobiumapplicationinspecialsteelsandintroducesthemetallurgica

2、lcharacteristicsofNb,V,andTiandrelatedapplicationtheories. ItalsovoicestheimportanceofNbintheaspectsofproductmixadjustmentandpropertyoptimizationofspecialsteels.KeyWords Niobium,Microalloying,SpecialSteels   一、迎接WTO的挑战   WTO就要来临了，我国即将加入世贸，这是大好形势。“山雨欲来，风满楼”，各行各业都在准备迎接世界经济洪流进入我国市场的挑战。特钢行业也不例外。近期，

3、关于特殊钢生产现状和特殊钢如何发展的专论文章，连篇累牍。问题的焦点是我国特殊钢怎样赶上世界先进水平；不外乎引进先进的冶金装备、改造旧设备，实行集约化生产等等。本文诣在介绍铌在特殊钢中应用和产品性能优化成果，开发新品种趋势，为我国的特殊钢的生产发展，从一个侧面提供知识资源，供钢材生产厂，特钢产品制作厂以及最终用户使用，开发新产品参考应用。   二、现代钢特点   现代钢生产的三大技术是材质纯净化，晶粒细化，尺寸精确化。表现在性能方面最佳化、生产成本最低化。20世纪钢铁强度学的最大成果是由霍尔一佩奇总结的强度，韧性公式表述如下： σy=σ0+kyσ-1/2 Tc=A-Bd-1/2σy：屈

4、服强度，Tc：冲击韧一脆转变温度，σ0、A与晶粒度无关的常数，Ky、B与晶粒度有关的常数。从上式可见细晶粒即提高强度又提高低温韧性。这是强化因子中唯一的一举双得的因子。晶粒细化强化从根本上转换了以碳含量为主的强化机制。现代钢的细化晶粒最佳技术组合是微合金化加控制轧制。产品性能的最佳化是控轧控冷统称为热机机处理(Themo-mechanicalControlProcess)或简称TMCP。三、微合金化元素铌、钒、钛的冶金特性及其应用作为微合金元素不只是Nb、V、Ti还有Mo、Al、B等。Nb、V、Ti是应用最多最广的元素，其中Nb是后来居上的姣姣者。Nb、V、Ti是微合金化钢的三驾马车

5、，Ti和V是Nb的左膀右臂。1.铌的氧化势铌在铁水与氧的亲和力相当小，在常用元素中，从小到大排序，仅次于Fe排序第2。它们是Fe→Nb→Mn→C→V→Si→Ti→Al→Ca。在平衡态时氧化序为Ca→Al→Ti→Si→V→Mn，最后才是Nb，只有前面元素氧化完了，才氧化铌。钢水中碳有还原氧化铌的作用。铌在钢水的收得率应为100%，我们平常所说的在95%以上，是实际情况。那么和V、Ti相比，V、Ti收得率低。铌合金化准确，反应在性能数据上，分散度小。V、Ti相形见拙。事实上，氧化钛和氧化钒以夹杂物形式存在是常见的。这对“以氧为特征元素的钢”（如轴承钢等），是不利的。2.Nb、V、Ti的碳

6、氮化物的固溶度积及其TMCP过程中的应用①钛钛是很强的氧化物、硫化物、氮化物、碳化物形成元素。钛的氧化物在钢水中形成，而氮化物在接近凝固前或在凝固过程中形成。这些在液态下形成的粒子，由于温度高，颗粒较大，一些进入钢渣中而除掉，一些则进入凝固态，而成有害夹杂物。但是由于它们的形成，减小了钢中的自由氧和氮，降低了氧、氮的有害作用。例如N对冲击转变温度的影响，ΔTFATT=700Nf1/2。如果降低30ppm氮，降低韧脆转变温度38℃。根据溶度积原理，N、O、Ti含量越低，形成TiO和TiN的温度越低，颗粒尺寸越小，而且均匀弥散分布。它们可以成为液态结晶核，细化原始晶粒；还可以阻止再加热时

7、晶粒长大。特别对焊缝热影响区的晶粒控制有效。这是当前，用于细化原奥氏体晶粒的标准技术。如果Ti含量足够，还可以在奥氏体区内形成TiC对形变奥氏体再结晶起“钉扎”作用。钛的回收率极难控制，有时氧、氮化物过多，反而损害了韧性。所以一般用量不超过0.02%，只求改善焊接性能而已。②铌根据溶度积原理，铌在钢中的固溶度决定于C、N的浓度，C、N含量越低，Nb的固溶度越大，反之亦然；在确定成分的钢中温度越高溶解度越大，反之亦然。根据形成碳、氮化物自由能的变化，在奥氏体