氮含量对钒微合金钢组织性能的影响

钢材中各元素对性能性的影响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。

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。

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。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

合金钢中各元素对其性能的影响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。

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。

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。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。

在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

钒氮合金中含氮量的影响因素研究张 阳（中色（宁夏）东方集团有限公司，宁夏　石嘴山　７５３０００）摘 要：近年来的研究表明，添加２０ＭｎＳｉ钒氮合金钢可获得最经济的新型三次强化材料。

为了适应市场环境，提高经济效益，公司做出了很多的努力研究和促进钒氮合金的生产和使用，钢铁、钒合金代替钒氮合金添加剂新技术，根据新的第三列钒氮合金生产质量控制和合理的含氮量生产的关键步骤。

关键词：钒氮合金；含氮量；影响因素中图分类号：ＴＦ７０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１７－０２８７－２Study on the influencing factors of nitrogen content in V-N alloyZHANG Yang（ＣＮＭＣ　Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｏｒｉｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ　７５３０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｒｅｃｅｎｔ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｔｅｒｔｉａｒｙ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　２０ＭｎＳｉ　Ｖ－Ｎ　ａｌｌｏｙ　ｓｔｅｅｌ．　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｄａｐｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ，　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｎｙ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｅｆｆｏｒｔｓ　ｔｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｌｌｏｙ．　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｌｌｏｙ　ａｄｄｉｔｉｖｅ，　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　ｒｏｗ　ｏｆ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｌｌｏｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｓｔｅｐｓ　ｏｆ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Keywords: ｖａｎａｄｉｕｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｌｌｏｙ；　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ；　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ钒氮合金是近些年来来炼钢过程中应用的一种新的合金原料，相比较传统的原料来说有这更好的应用效果，比起矾铁有这显著良好的实际应用效果，因为钒氮合金应用的过程中氮元素的加入，钢的晶粒度得到了显著的改善，因而钢的韧性强度都有这显著的提高，现在氮含量已经成为钒氮合金在进行质量检测过程中十分重要的一个组成成分，常见的公益在应用的过程中都需要有着高于8%的氮的质量分数，但是实际生产过程中对氮含量的分析方法一直都相对困难，文章分析了相关实验方法以及含氮量的影响因素[1]。

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。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

钢的组成成分对钢材性能的影响姓名：黄伟翔学号：201503010504一．钢的组成对钢材性能的影响1.钢的化学成分钢的主要化学成分为铁。

除此之外还含有多种元素：碳（C），硅(Si），锰（Mn），磷（P），硫(S)，氧(O)，氮(N)，氢(H)等。

在合金钢或特殊合金钢中还含有以下元素：钛(Ti)，钒(V)，铌(Nb)，铝(Al)，铬(Cr)，镍(Ni)，铜(Cu)，钼(Mo)，硼(B)等这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：存在于所有钢材中，是影响钢材性能的主要元素。

当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而延伸率下降，塑性、韧性降低；但当含碳量大于1.0%时，随着含碳量的增加，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的图1. 含碳量对热轧碳素钢性能的影响钢材，可焊性显著下降），碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。

1.2硅（Si）硅是钢材中的有益元素。

硅含量在1%以内时，可提高钢的强度，疲劳极限，耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不大，但对可焊性和冷加工性能有所影响。

硅可作为合金元素，用以提高合金钢的强度。

1.3锰（Mn）锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素，锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性。

锰对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。

图2. 锰对钢材点蚀，腐蚀温度的影响1.4磷（P）一般说来，P是有害杂质元素，它来自于矿石和生铁等炼钢原料，炼钢时难以除尽。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

钒氮合金成分一、引言钒氮合金是一种重要的钢铁冶金原料，具有优异的物理化学性能，广泛应用于钢铁生产中。

其成分对于生产工艺和产品质量有着至关重要的影响。

本文将对钒氮合金成分进行全面详细的介绍。

二、主要成分1. 钒钒是钒氮合金中最主要的元素，其含量通常在50%以上。

钒可以提高钢铁的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等物理化学性能，同时还能够改善钢铁的加工性能和焊接性能。

2. 氮氮是另一个重要的元素，其含量通常在10%左右。

氮可以提高钢铁的强度、塑性和韧性等力学性能，同时还能够改善其耐腐蚀性。

3. 硅硅是一种常见元素，在钒氮合金中含量通常在5%左右。

硅可以提高合金的抗氧化能力和耐磨性。

4. 硫硫是一种有害元素，在钒氮合金中应控制其含量在0.05%以下。

过高的硫含量会影响钢铁的加工性能和焊接性能。

5. 磷磷是一种有害元素，在钒氮合金中应控制其含量在0.03%以下。

过高的磷含量会影响钢铁的强度和韧性。

6. 碳碳是一种重要元素，在钒氮合金中通常含量较低，仅为1%左右。

碳可以提高钢铁的硬度和耐磨性。

7. 锰锰是一种常见元素，在钒氮合金中含量通常在2%左右。

锰可以提高钢铁的硬度、强度和韧性等力学性能。

8. 铬铬是一种重要元素，在钒氮合金中含量通常在5%以下。

铬可以提高钢铁的耐腐蚀性和抗氧化能力。

三、其他成分除了上述主要成分外，还有一些其他成分也对钒氮合金的物理化学性能有着影响，包括镍、铜、锆等元素。

这些元素通常以微量存在于合金中，其具体含量根据生产工艺和产品要求而定。

四、总结综上所述，钒氮合金的成分对于钢铁生产工艺和产品质量有着至关重要的影响。

钒、氮、硅、锰、铬等元素是其主要成分，而硫、磷等元素则是有害元素，应予以控制。

在生产过程中，还需要根据具体要求添加微量的其他元素，以满足不同的产品需求。

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。

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。

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。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

氮对Q345钢力学性能的影响田时雨;杨吉春;闫瑞军;张泽宁;王军【摘要】试验钢为含钒800×10-6的Q345钢,氮的质量分数按0％,0.018％,0.022％,0.034％,0.042％,0.052％逐渐升高.通过提高氮含量,来促进钒的析出,使钒得到充分利用.随着氮含量的增加,金相组织得到明显细化.增氮后钢的力学性能得到明显增强,4#试验钢的氮含量为0.034％,钢的屈服强度相比不含氮的1#试验钢,抗拉强度提高了46 MPa,屈服强度提高了124 MPa.1#试验钢的冲击功为64.4 J,随着氮含量的增高,冲击功也得到提高,3#试验钢的冲击功为159.9 J.当氮含量继续增加时,冲击功开始降低,6#钢的冲击功为59.7 J.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】5页(P124-128)【关键词】Q345钢;力学性能;拉伸断口;自然时效【作者】田时雨;杨吉春;闫瑞军;张泽宁;王军【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TF046.6Q345钢综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊接性良好.该钢种广泛用于各种大型船舶、中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件[1]，热轧或正火状态使用，可用于-40 ℃以下寒冷地区的各种结构.本文以Q345钢为基础，利用钒对钢进行微合金化，通过改变氮含量，来细化钢的晶粒组织，提高钢力学性能，减少钢材使用量.这对我国的节约自然资源、环境保护，以及节能降耗都有积极的意义.1 实验材料及方法1.1 试样材料在Q345钢的基础上加入0.08% V，设计氮含量从0%上升到0.05%，进行配料计算.实验钢采用真空感应熔炼炉冶炼.得到的铸坯加热到1 150 ℃,保温3 h,利用轧机轧制，终轧温度为920 ℃，然后空冷到室温.再将热轧试样加热到(920±10)℃，保温1 h进行正火[2]，空冷至室温.采用美国ARL3460电火花直读光谱仪，测定实验钢中C，Si，Mn，P，S等元素含量.采用北京纳克分析仪器有限公司生产的ON-3000氧氮氢分析仪对钢中N进行测量.试验钢化学成分见下表1.表1 试验钢化学成分(质量分数，%)Table 1 Composition of the test steel试样CMnSiSPVN1#0.181.4640.395≤0.011≤0.0250.1180.0002#0.201.4730.420≤0. 011≤0.0250.0930.0183#0.171.4810.386≤0.011≤0.0250.0840.0224#0.191.45 80.445≤0.011≤0.0250.0830.0345#0.201.5280.453≤0.011≤0.0250.0820.0436 #0.231.4690.461≤0.011≤0.0250.0920.0521.2 试样制备及实验方法试验钢正火处理后，按照GB/T228.1-2002制作拉伸试样.在CSS-88500型电子万能试验机上进行拉伸试验.利用透射电子显微镜(TEM)对钒的碳氮化物析出大小、形态和分布进行观察.利用能谱仪对其化学成分进行分析(EDS).利用扫描电镜(SEM)观察拉伸断口.2 实验结果与分析2.1 氮对V(C,N)析出的影响图1为试验Q345钢中的V(C,N)析出.图1 V(C,N)析出形貌Fig.1 (a)Fig.1 Precipitation morphology of V (C, N) (a)，(b)铁素体中析出；(c)，(d)珠光体中析出从图1中可以观察到，在铁素体和珠光体中析出大量的V(C,N).在奥氏体中析出时，晶界处析出V(C,N)能够阻碍奥氏体晶界移动.防止奥氏体晶粒的粗大.相变后得到的铁素体和珠光体组织也细小、均匀.并且V(C,N)可以作为铁素体晶粒形核的核心，起到诱导铁素体形核作用，从而细化晶粒[3].从图2中可以看出，在铁素体和珠光体中析出的V(C,N)起到析出强化的作用.V(C,N)能够钉扎在位错线上.阻碍位错移动，提高钢的屈服强度和抗拉强度[4].图2 位错线上V(C,N)析出及能谱分析Fig.2 Precipitation of V (C, N)on the dislocation line and energy spectrum analysis(a)V(C,N)钉扎位错线上；(b)能谱分析2.2 氮对Q345钢室温组织的影响图3为1#～6#试验钢热轧金相组织变化图.图3 试验钢显微组织Fig.3 Microstructure of test steel(a)1# 未加入N；(b)2# 0.018%N；(c)3# 0.022%N；(d)4# 0.034%N；(e)5# 0.042%N；(f)6#0.052%N钢坯加热到温度1 150 ℃后,随后进行保温3 h操作,使钢坯内外温度均匀，对试验钢进行轧制，其终轧温度约为920 ℃，将轧制后的钢材空冷到室温.对试验Q345钢进行正火处理，方法是将热轧后的试验钢加热到(920±10)℃，保温1 h进行正火，空冷至室温.正火处理可以有效提高组织和性能均匀性[5]，从图中可以看到，随着氮含量的加入，铁素体和珠光体晶粒变得更加细小、均匀.这说明氮对含钒正火钢有明显的细化晶粒的作用.2.3 氮对Q345钢力学性能的影响2.3.1 氮对钢拉伸性能的影响表2为试验钢拉伸试验数据，图4为试验钢抗拉强度和屈服强度变化趋势.从表2和图4中可以看出，随着氮含量的提高，钢的抗拉强度和屈服强度都得到明显的提高.1#试验钢未加入氮，其抗拉强度为686 MPa，屈服强度为486 MPa；5#试验钢的氮含量为0.042%，其抗拉强度为785 MPa，屈服强度为624 MPa.钢的力学性能得到显著提高；当氮含量继续加入时，6#钢氮含量为0.052%，其抗拉强度为722 MPa，屈服强度为610 MPa，钢的力学性能开始下降.表2 拉伸实验力学性能数据Table 2 Mechanical data of the tensile experimentNO.抗拉强度/MPa屈服强度/MPa断后延伸率/%屈强比1#68648618.50.712#66050222.00.763#65151023.50.784#73261024.50.835 #78562422.00.796#72261019.50.84图4 强度变化趋势Fig.4 Tendency of test steel strength variation2.3.2 氮对冲击性能的影响表3和图5为试验钢在室温条件下的冲击功.从数值上可以看出冲击功值随的氮含量的增加，呈现先增后降的变化.图6为试验钢冲击断口形貌图.1#试验钢出现大量的舌状花纹，为脆性断裂.其原因是1#试验钢不含氮，对晶粒组织细化不明显，导致钢的力学性能不好；2#,3#,4#试验钢钢出现韧窝较多，其中3#试验钢的韧窝较深，并且韧窝的数量较多，钢的塑韧性较好.随着氮含量的提高，钢中析出大量的V(C,N)，能够起到细化晶粒和沉淀强化的作用.钢晶粒组织细小，并且析出的V(C,N)阻碍位错移动，提高了钢的塑韧性；5#试验钢冲击断口出现部分韧性韧窝和舌状纹掺杂.这说明随着氮含量的增高，钒无法结合更多的氮，使氮游离状态存在，形成Fe4N，并增加珠光体脆性相，钢转变为脆性；6#试验钢出现大量的舌状花纹，钢的脆性增强.表3 试验Q345钢冲击功数据Table 3 The impact power data of test steelQ345钢号1#2#3#4#5#6#冲击功/J64.4144.3159.9139.198.359.7图5 氮对试验Q345钢冲击功影响Fig.5 Influence of nitrogen on impact power of test steel Q3452.3.3 氮对自然时效性能的影响图6为1#～6#试验钢的自然时效变化趋势图.钢的时效是间隙原子C,N在α-Fe中的脱溶或准脱溶行为，以及由此引发的性能变化.C,N的过饱和α-Fe具有“偏聚区—过渡相—平衡相”的脱溶贯序，是化学驱动相变过程.并且溶质原子与α-Fe晶体缺陷相互作用，由畸变能驱动，形成C，N 原子位错气团，可以和过饱和固溶体的脱溶贯序相连接[6].图6 试验钢冲击断口形貌图Fig.6 Impact fracture morphology of teststeel(a)1# 未加入N；(b)2# 0.018%N；(c)3# 0.022 (d)4# 0.034%N；(e)5# 0.042%N；(f)6# 0.052%N图7 自然时效对Q345钢力学性能影响Fig.7 The effect of natural aging on mechanical properties of Q345 steel(a)屈服强度变化；(b)抗拉强度变化从图中可以看到，通过自然时效60 d﹑自然时效120 d对比，可以发现自然时效对1#,2#,3#试验钢钢的抗拉强度和屈服强度影响不大，当氮含量相对较低时，氮主要以稳定的V(C、N)形式存在.形成“柯氏气团”对钢的屈服强度影响较小，经过自然时效时影响较弱.随着氮含量的继续增加，4#钢的经自然时效后抗拉强度降低了10 MPa，屈服强度降低了9 MPa.表现了轻微的自然时效.5#,6#试验钢经过自然时效后，钢的屈服强度和抗拉强度降低都很明显，屈服强度降低85 MPa，抗拉强度降低78 MPa，钢的性能明显降低.这说明当钒为800×10-6时，很难结合420×10-6,530×10-6的氮，虽然此时钒得到充分利用，但有很多的碳﹑氮以游离态存在，游离的氮使钢中Fe4N大量存在.游离态碳，使得偏析严重，韧性降低.并且珠光体的脆性相，珠光体含量也高高，导致钢的脆性增加，屈服强度和抗拉强度均下降.经过自然时效后，钢的性能下降非常明显.5 结论(1)含钒Q345钢，增氮时钢中析出大量的V(C,N)颗粒，弥散分布在铁素体和珠光体中.起到细晶强化和沉淀强化的作用.(2)含钒800×10-6的Q345钢，抗拉强度和屈服强度随着氮含量的增加而增加.当氮达到420×10-6后，钢的抗拉强度为785 MPa，屈服强度为624 MPa，并且趋于稳定，继续增加氮含量，试验钢的力学性能开始下降.(3)含钒800×10-6的Q345钢不含氮时，钢的冲击断口呈现脆性断裂；当增加氮含量时，拉伸断口逐渐变为韧性断裂；当氮为520×10-6时，拉伸断口又转变为脆性断裂.(4)经过60，120 d时效试验，结果表明1#，2#，3#试验钢在氮含量较低情况下，时效对钢强度影响不明显；4#试验钢氮的质量分数为0.034%，抗拉强度降低了10 MPa，钢的屈服强度降低了9 MPa.随着氮含量增加，自然时效非常明显，其中6#试验钢氮的质量分数为0.052%，经自然时效后，屈服强度降低85 MPa，抗拉强度降低78 MPa.参考文献：【相关文献】[1] 宿成.低合金高强度结构钢(Q345B)高温力学性能研究[D].包头：内蒙古科技大学,2011.[2] 苏航,柴希阳,潘涛,等.氮含量对正火型钒微合金化钢强化效果和显微组织的影响[J].钢铁,2014,49(6):85-90.[3] 杨才福，张永权，王瑞珍，编著.钒钢冶金原理与应用[M]. 北京：冶金工业出版社，2012.[4] 刘建.钒氮微合金化对高强度热轧钢板组织与性能的影响[D].昆明：昆明理工大学，2006.[5] 孟庆勇,李思,尹绍江,等.唐钢厚规格Q345E正火钢板的开发[J].宽厚板,2017,23(05):23-25.[6] 刘宗昌，袁泽喜，刘永长，编著.固态相变[M].北京：机械工业出版社，2010.。

钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。

碳是决定钢材性能的最重要元素。

碳对钢材性能的影响如图6-3所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在 1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。

随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。

硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。

3．锰。

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。

锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。

锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

4．磷。

磷是钢中很有害的元素。

随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。

特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。

磷也使钢材的可焊性显著降低。

但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

5．硫。

硫是钢中很有害的元素。

硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。

6．氧。

氧是钢中的有害元素。

随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。

第38卷第1期2013年1月HEAT TREATMENT OF METALSVol.38No.1January 2013钒氮微合金化对ULCB 钢组织性能和析出行为的影响李晓林，蔡庆伍，余伟，张恒磊（北京科技大学冶金工程研究院，北京100083）摘要：借助光学显微镜（OM ）、电子背散射衍射技术（EBSD ）、透射电子显微镜（TEM ）和能谱仪（EDS ）研究了两种不同V 、N 含量的超低碳贝氏体钢（ULCB ）在控轧控冷过程中的微观组织、力学性能及碳氮化物的析出行为。

结果表明：两种试验钢的组织都为粒状贝氏体，但高V 、N 含量的试验钢具有更高的强度和硬度。

低V 、N 钢中V （C ，N ）数量较少，且以沿位错线析出为主。

随着钢中V 、N 含量的增加，贝氏体组织明显细化，大角晶界所占的比例也相应提高；同时，在贝氏体铁素体基体中5 10nm 之间的V （C ，N ）体积分数显著增加，且存在沿位错线析出和基体中弥散析出两种形式。

细晶强化和沉淀强化是高V 、N 钢强度提高的主要因素。

关键词：超低碳贝氏体；沉淀强化；细晶强化；控轧控冷中图分类号：TG142．1文献标志码：A文章编号：0254-6051（2013）01-0035-05Effect of V-N microalloying on precipitation behaviors ，microstructure and properties of ultra-low carbon bainitic steelLi Xiaolin ，Cai Qingwu ，Yu Wei ，Zhang Henglei（Metallurgical Engieering Research Institute ，University of Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ）Abstract ：The precipitation behavior of vanadium carbonitrides and its effect on the microstructure and mechanical property during the thermomechanical control processes （TMCP ）in ultra-low carbon bainitic steel with two different vanadium and nitrogen content were studied by means of optical microscope （OM ），electron backscatter diffraction technique （EBSD ），transmission electron microscope （TEM ）and energy disperse spectroscopy （EDS ）．The results show that the microstructure of the two tested steels are granular bainite ，but high vanadium and nitrogen content steels have higher strength and hardness．A very few number of V （C ，N ）particles mainly precipitate from the solid solution along the dislocation line in the low vanadium and nitrogen steels．The bainitic microstructure are obviously refined and the percent of the high-angle grain boundaries increase as the increasing of vanadium and nitrogen content in steel．Simultaneously ，the volume fraction of V （C ，N ）particles between 5-10nm significantly increases in bainitic ferrite matrix ，and two precipitation modes that precipitating along the dislocation line and disperse in the interior of grains are observed in the tested steel．The high V-N content steels obtain the high strength mainly due to refined crystalline and precipitation strengthening．Key words ：ultra-low carbon bainitic （ULCB ）；precipitation strengthening ；refined crystalline strengthening ；TMCP收稿日期：2012-06-28作者简介：李晓林（1985—），男，河北沧州人，博士研究生，主要从事新钢中开发以及新工艺研究。

钒钒的简史元素钒是墨西哥矿物学家节烈里瓦于1801年在含有钒的铅试样中首先发现的。

由于这种新元素的盐溶液在加热时呈现鲜艳的红色，所以被取名为“爱丽特罗尼”，即“红色”的意思。

但是当时有人认为这是被污染的元素铬，所以没有被人们公认。

后来到了1830年写佛寺特勒木在由瑞典铁矿石提炼出的铁中发现了它，并肯定这是一种新元素称之为钒钒的性质钒是一种银灰色的金属。

熔点1919正负2摄氏度，属于高熔点稀有金属之列。

它的沸点3000--3400摄氏度，钒的密度为6.11克每立方厘米纯钒具有展性，但是若含有少量的杂质，尤其是氮，氧，氢等，也能显著的降低其可塑性。

一般来源:以矿物绿硫钒石vs4 钒铝矿钒紒铀矿为主钒的氧化物钒能分别以二、三、四、五价于氧结合，形成四种氧化物，一氧化钒（vo）,三氧化二钒(v2o3)，二氧化钒，五氧化二钒钒及其化合物的用途钒所以用于钢铁中，是由于钒能与钢铁中的碳元素生成稳定的碳化合物（v4c3），她可以细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗话温度。

显著提高改善钢铁的性能。

可加大钢的强度、韧性、抗腐蚀能力、耐磨能力和承受冲击负荷的能力等钒渣从含钒原料中提炼钒的工艺过程钒拼音:fán繁体字:钒部首:钅,部外笔画:3,总笔画:8 ; 繁体部首:金,部外笔画:3,总笔画:11五笔86:QMYY五笔98:QWYY仓颉:XCHNI笔顺编号:31115354四角号码:87710UniCode:CJK 统一汉字U+9492基本字义--------------------------------------------------------------------------------● 钒（钒）fánㄈㄢˊ◎一种金属元素，银白色。

汉英互译--------------------------------------------------------------------------------◎钒vanadiumEnglish--------------------------------------------------------------------------------◎vanadium元素名称：钒元素符号：V元素原子量：50.94原子体积:(立方厘米/摩尔)8.78元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面0.0016元素在太阳中的含量:(ppm)0.4地壳中含量：（ppm）160质子数：23中子数：37原子序数：23所属周期：3所属族数：VB电子层分布：2-8-11-2晶体结构：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。

各种元素对钢材性能的影响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。

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。

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。

5、硫（S）:硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钒、氮微合金化钢筋的强化机制
钒、氮微合金化钢筋的强化机制包括：
1. 钒和氮的固溶强化作用：钒和氮作为微合金元素，能够固溶在钢中并对钢的晶体结构产生影响，使其晶粒细化，提高钢的强度和韧性。

2. 钒和氮的析出强化作用：在热处理过程中，微合金元素钒和氮会向晶界或其它空位中析出形成微观强化体和纳米结构，从而提高钢的强度和韧性。

3. 钒和氮的沉淀强化作用：在钒、氮微合金化钢筋的使用过程中，微合金元素钒和氮会在钢筋表面形成氮化物和钒化物沉淀层，这层沉淀层会阻碍钢筋表面的腐蚀和氧化，从而提高钢筋的抗腐蚀性能和使用寿命。

总之，钒、氮微合金化钢筋的强化机制是一种多方面的机制，包括了固溶强化、析出强化和沉淀层保护等多种方面的影响，这些机制的综合作用使得钒、氮微合金化钢筋具有更高的强度、韧性、抗腐蚀性和使用寿命等特点。

钢材的化学‎成分及其对‎钢材性能的‎影响钢材中除了‎主要化学成‎分铁（Fe）以外，还含有少量‎的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽‎然含量少，但对钢材性‎能有很大影‎响：1．碳。

碳是决定钢‎材性能的最‎重要元素。

碳对钢材性‎能的影响如‎图6-3所示：当钢中含碳‎量在0.8%以下时，随着含碳量‎的增加，钢材的强度‎和硬度提高‎，而塑性和韧‎性降低；但当含碳量‎在1.0%以上时，随着含碳量‎的增加，钢材的强度‎反而下降。

随着含碳量‎的增加，钢材的焊接‎性能变差（含碳量大于‎0.3%的钢材，可焊性显著‎下降），冷脆性和时‎效敏感性增‎大，耐大气锈蚀‎性下降。

图6-3 含碳量对碳‎素钢性能的‎影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率‎；H B——硬度一般工程所‎用碳素钢均‎为低碳钢，即含碳量小‎于0.25%；工程所用低‎合金钢，其含碳量小‎于0.52%。

2．硅。

硅是作为脱‎氧剂而存在‎于钢中，是钢中的有‎益元素。

硅含量较低‎（小于1.0%）时，能提高钢材‎的强度，而对塑性和‎韧性无明显‎影响。

3．锰。

锰是炼钢时‎用来脱氧去‎硫而存在于‎钢中的，是钢中的有‎益元素。

锰具有很强‎的脱氧去硫‎能力，能消除或减‎轻氧、硫所引起的‎热脆性，大大改善钢‎材的热加工‎性能，同时能提高‎钢材的强度‎和硬度。

锰是我国低‎合金结构钢‎中的主要合‎金元素。

4．磷。

磷是钢中很‎有害的元素‎。

随着磷含量‎的增加，钢材的强度‎、屈强比、硬度均提高‎，而塑性和韧‎性显著降低‎。

特别是温度‎愈低，对塑性和韧‎性的影响愈‎大，显著加大钢‎材的冷脆性‎。

磷也使钢材‎的可焊性显‎著降低。

但磷可提高‎钢材的耐磨‎性和耐蚀性‎，故在低合金‎钢中可配合‎其他元素作‎为合金元素‎使用。

5．硫。

硫是钢中很‎有害的元素‎。

硫的存在会‎加大钢材的‎热脆性，降低钢材的‎各种机械性‎能，也使钢材的‎可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和‎抗腐蚀性等‎均降低。