微合金化非調(diào)質(zhì)鋼

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1、第5章微合金化非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼（non-quenchedandtemperedsteel)指在制造和應用過程中，通過采用微合金化、控制軋制(鍛造)和控制冷卻等強韌化方法，取消調(diào)質(zhì)熱處理，能夠達到或接近調(diào)質(zhì)鋼性能的優(yōu)質(zhì)或特殊質(zhì)量鋼。非調(diào)質(zhì)鋼的種類：鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼（鐵素體+貝氏體）型非調(diào)質(zhì)鋼貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼（貝氏體+馬氏體）型非調(diào)質(zhì)鋼馬氏體非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼主要特點在于：節(jié)能、省略熱處理、生產(chǎn)周期短、硬度分布均勻、抗拉強度和疲勞強度與同等級的調(diào)質(zhì)鋼相當、沒有調(diào)質(zhì)處理過程中的彎曲形變和淬裂廢品等非調(diào)質(zhì)鋼的微合金化合金元素

2、的基本作用非調(diào)質(zhì)鋼中的合金元素分為兩類其中一類是錳、鉻、鉬等合金元素，它們的作用除與在普通合金鋼中相同的作用之外，還通過降低相變溫度來細化晶粒，并細化相變過程中或相變后析出的微合金碳氮化物；第二類是形成碳化物或氮化物的微合金化元素，如釩、鈦、鈮、硼、鋁等。根據(jù)它們在鋼中存在形式的不同，將對非調(diào)質(zhì)鋼的性能產(chǎn)生不同的影響。合金元素合金元素都具有固溶強化作用，提高非調(diào)質(zhì)鋼的強度。硅能促進鐵素體形成，并有一定的細化晶粒的作用，能改善鐵素體一珠光體的韌性；錳、鉻、鉬等能降低相變溫度、細化鐵素體晶粒、減小珠光體片間距，并細化相變過程中

3、或相變后析出的微合金碳氮化合物，使韌性有所增加。錳、鉬能有效地推遲高溫珠光體轉(zhuǎn)變，促進貝氏體形成；對于碳含量較低、錳和硅含量較高的鐵素體一珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼，可以通過加入少量鉬獲得針狀鐵素體(一種鐵素體呈板條狀的類貝氏體)的方法改善韌性。微合金元素釩、鈦、鈮在非調(diào)質(zhì)鋼中的作用：奧氏體中未溶解的微合金碳氮化物質(zhì)點釘扎晶界，阻止奧氏體晶粒長大；通過應變誘導析出的微合金碳氮化物沉淀在晶界和位錯上，起釘扎作用，阻止再結(jié)晶和位錯的運動，抑制或阻止回復、再結(jié)晶過程的進行；微合金元素的碳氮化物起沉淀強化作用；釩、鈦、鈮等強碳化物形成元素能

4、固定鋼中的一部分碳而導致碳含量的變化，鋼的組織、形態(tài)及分布也將受到影響；固溶于鋼中的微合金化元素提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低轉(zhuǎn)變的溫度，改變鋼的顯微組織，從而對鋼的性能產(chǎn)生顯著影響。在細化晶粒上，復合微合金化比單獨添加微合金化元素的效果更顯著。非調(diào)質(zhì)鋼中的釩VC在奧氏體區(qū)不能析出，呈完全溶解態(tài)。釩微合金化鋼不能實行非再結(jié)晶控軋，釩可形成VN，細化奧氏體γ→α相變后的鐵素體、珠光體組織。在低碳鋼中，形成釩的氮化物的最佳溫度為900℃，作為再結(jié)晶控軋空間很小。當V/N比達到理想化學配比(V/N=3.64)時，釩能最大程度地析出

5、，增強沉淀強化效果。偏離此配比越大，固溶含量越高。VN大量沉淀會使韌性損失，采用Nb-V-Ti復合微合金化較合適。非調(diào)質(zhì)鋼中的鈦鈦是很強的氮化物、碳化物形成元素，鈦的氮化物在接近凝固前或凝固過程中形成。鈦、氮含量越低，形成TiN的溫度越低，顆粒尺寸越小，而且均勻彌散分布，可以成為液態(tài)結(jié)晶核細化原始晶粒，還可以阻止再加熱時晶粒長大。鈦含量足夠多時，還可在奧氏體區(qū)內(nèi)形成TiC，對形變奧氏體再結(jié)晶起“釘扎”作用。非調(diào)質(zhì)鋼中的鈮鈮的碳氮化物在軋鋼時可以“釘扎”晶界，阻止晶粒長大。固溶鈮由于其原子半徑比鐵大得多，在晶界富集濃度可達到

6、1.0%以上(原子比)，而晶內(nèi)較低，使鈮具有強烈的“拖拽”晶界移動的能力。這兩種作用讓鈮具有阻止晶粒長大的最佳效果，使鋼在1100～900℃之間的熱加工的道次之間，不發(fā)生再結(jié)晶，可以累加形變量，奧氏體晶粒達到高形變延伸而成薄“鐵餅”狀，在γ→α轉(zhuǎn)變時為α形核提供大量晶界面。相變后的鐵素體細化程度決定于γ晶粒的非再結(jié)晶形變度，Nb(C,N)的“釘扎”作用和鈮原子的“拖拽”作用，使控軋控冷效果最佳。Nb(C,N)顆粒尺寸越細，強度增量越大。固溶鈮是析出Nb(C,N)的組分，由終軋溫度控制，鈮的質(zhì)量分數(shù)為0.05%的鈮鋼，在終軋

7、溫度1000℃以上時，均有一部分鈮固溶，可供相變或相變后析出產(chǎn)生進一步強化。超低碳的鈮鋼在終軋溫度下有大量固溶抑制γ→α相變，抑制二次(先共析)鐵素體析出，可以發(fā)生γ→B轉(zhuǎn)變。硼在非調(diào)質(zhì)鋼中的作用主要是增大貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的范圍，在軋制緩冷的條件下，這類非調(diào)質(zhì)鋼常常表現(xiàn)出非常好的強韌性。非調(diào)質(zhì)鋼中的鋁鋁的氮化物和V、Ti、Nb的氮化物有相似的影響，但析出條件和產(chǎn)生的效果與其它元素相比存在一定差異。AIN具有沉淀強化和細晶強化作用，但由于A1N在低溫下的過飽和鐵素體中形核較困難，因此其沉淀強化作用沒有細晶強化對強度的貢獻顯著。非

8、調(diào)鋼中的稀土稀土元素在鋼中的作用除凈化鋼水(如降低硫含量)、改變鋼中殘留夾雜物(如硫化錳)形態(tài)、脫氫等作用；稀土在鋼中晶界的偏聚能抑制硫、磷等低熔點夾雜在晶界的偏析，并能與這些夾雜形成高熔點的化合物，消除低熔點夾雜的有害影響，凈化和強化晶界，阻礙晶間裂紋的形成和擴展；鋼中細小彌散的稀土氧化物（如CeO2