微合金化非调质钢

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1、第5章微合金化非调质钢非调质钢（non-quenchedandtemperedsteel)指在制造和应用过程中，通过采用微合金化、控制轧制(锻造)和控制冷却等强韧化方法，取消调质热处理，能够达到或接近调质钢性能的优质或特殊质量钢。非调质钢的种类：铁素体+珠光体型非调质钢（铁素体+贝氏体）型非调质钢贝氏体型非调质钢（贝氏体+马氏体）型非调质钢马氏体非调质钢非调质钢主要特点在于：节能、省略热处理、生产周期短、硬度分布均匀、抗拉强度和疲劳强度与同等级的调质钢相当、没有调质处理过程中的弯曲形变和淬裂废品等非调质钢的微合金化合金元素

2、的基本作用非调质钢中的合金元素分为两类其中一类是锰、铬、钼等合金元素，它们的作用除与在普通合金钢中相同的作用之外，还通过降低相变温度来细化晶粒，并细化相变过程中或相变后析出的微合金碳氮化物；第二类是形成碳化物或氮化物的微合金化元素，如钒、钛、铌、硼、铝等。根据它们在钢中存在形式的不同，将对非调质钢的性能产生不同的影响。合金元素合金元素都具有固溶强化作用，提高非调质钢的强度。硅能促进铁素体形成，并有一定的细化晶粒的作用，能改善铁素体一珠光体的韧性；锰、铬、钼等能降低相变温度、细化铁素体晶粒、减小珠光体片间距，并细化相变过程中

3、或相变后析出的微合金碳氮化合物，使韧性有所增加。锰、钼能有效地推迟高温珠光体转变，促进贝氏体形成；对于碳含量较低、锰和硅含量较高的铁素体一珠光体型非调质钢，可以通过加入少量钼获得针状铁素体(一种铁素体呈板条状的类贝氏体)的方法改善韧性。微合金元素钒、钛、铌在非调质钢中的作用：奥氏体中未溶解的微合金碳氮化物质点钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大；通过应变诱导析出的微合金碳氮化物沉淀在晶界和位错上，起钉扎作用，阻止再结晶和位错的运动，抑制或阻止回复、再结晶过程的进行；微合金元素的碳氮化物起沉淀强化作用；钒、钛、铌等强碳化物形成元素能

4、固定钢中的一部分碳而导致碳含量的变化，钢的组织、形态及分布也将受到影响；固溶于钢中的微合金化元素提高过冷奥氏体的稳定性，降低转变的温度，改变钢的显微组织，从而对钢的性能产生显著影响。在细化晶粒上，复合微合金化比单独添加微合金化元素的效果更显著。非调质钢中的钒VC在奥氏体区不能析出，呈完全溶解态。钒微合金化钢不能实行非再结晶控轧，钒可形成VN，细化奥氏体γ→α相变后的铁素体、珠光体组织。在低碳钢中，形成钒的氮化物的最佳温度为900℃，作为再结晶控轧空间很小。当V/N比达到理想化学配比(V/N=3.64)时，钒能最大程度地析出

5、，增强沉淀强化效果。偏离此配比越大，固溶含量越高。VN大量沉淀会使韧性损失，采用Nb-V-Ti复合微合金化较合适。非调质钢中的钛钛是很强的氮化物、碳化物形成元素，钛的氮化物在接近凝固前或凝固过程中形成。钛、氮含量越低，形成TiN的温度越低，颗粒尺寸越小，而且均匀弥散分布，可以成为液态结晶核细化原始晶粒，还可以阻止再加热时晶粒长大。钛含量足够多时，还可在奥氏体区内形成TiC，对形变奥氏体再结晶起“钉扎”作用。非调质钢中的铌铌的碳氮化物在轧钢时可以“钉扎”晶界，阻止晶粒长大。固溶铌由于其原子半径比铁大得多，在晶界富集浓度可达到

6、1.0%以上(原子比)，而晶内较低，使铌具有强烈的“拖拽”晶界移动的能力。这两种作用让铌具有阻止晶粒长大的最佳效果，使钢在1100～900℃之间的热加工的道次之间，不发生再结晶，可以累加形变量，奥氏体晶粒达到高形变延伸而成薄“铁饼”状，在γ→α转变时为α形核提供大量晶界面。相变后的铁素体细化程度决定于γ晶粒的非再结晶形变度，Nb(C,N)的“钉扎”作用和铌原子的“拖拽”作用，使控轧控冷效果最佳。Nb(C,N)颗粒尺寸越细，强度增量越大。固溶铌是析出Nb(C,N)的组分，由终轧温度控制，铌的质量分数为0.05%的铌钢，在终轧

7、温度1000℃以上时，均有一部分铌固溶，可供相变或相变后析出产生进一步强化。超低碳的铌钢在终轧温度下有大量固溶抑制γ→α相变，抑制二次(先共析)铁素体析出，可以发生γ→B转变。硼在非调质钢中的作用主要是增大贝氏体转变区的范围，在轧制缓冷的条件下，这类非调质钢常常表现出非常好的强韧性。非调质钢中的铝铝的氮化物和V、Ti、Nb的氮化物有相似的影响，但析出条件和产生的效果与其它元素相比存在一定差异。AIN具有沉淀强化和细晶强化作用，但由于A1N在低温下的过饱和铁素体中形核较困难，因此其沉淀强化作用没有细晶强化对强度的贡献显著。非

8、调钢中的稀土稀土元素在钢中的作用除净化钢水(如降低硫含量)、改变钢中残留夹杂物(如硫化锰)形态、脱氢等作用；稀土在钢中晶界的偏聚能抑制硫、磷等低熔点夹杂在晶界的偏析，并能与这些夹杂形成高熔点的化合物，消除低熔点夹杂的有害影响，净化和强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展；钢中细小弥散的稀土氧化物（如CeO2