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铌在特殊钢中的应用

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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

Niobium Application In Special Steels

MENG Fanmao

(Expert Committee of CITIC Microalloy Technology Center)

Abstract This paper discusses Niobium application in special steels and introduces the metallurgical characteristics of Nb, V, and Ti and related application theories. It also voices the importance of Nb in the aspects of product mix adjustment and property optimization of special steels.

Key Words Niobium, Microalloying, Special Steels

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，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-1/2

σy：屈服强度，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-mechanical Control Process)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，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=700 Nf1/2 。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，在奥氏体区900-1000℃获得这些化合物的可能性铌最大，钛次之。VC和VN均处于溶解态，TiN处于沉淀态，只有Nb的氮炭化物处于析出和溶解的动态中，升温溶解，降温析出，它是可资利于TMCP和TPCP(见后)的最佳元素。

铌的碳氮化物在轧钢时可以“钉扎”晶界，“钉扎”力大于该温度下的再结晶趋动力，因而阻止晶粒长大，Nb(CN)的“钉扎”作用可达1100℃，在热变形时晶界“弓出”而分割晶界。

固溶铌由于铌的原子半径比铁大得多。Ti和V与铁相近。固溶态Nb在晶界富集浓度高达1.0%以上(原子比)，而晶内较低。所以铌具有强列的拖曳晶界移动能力。铌的双重作用表现出阻止晶粒长大的最佳效果。在1100-900℃之间的热加工的道次之间，不发生再结晶，变形量可以累加，r晶粒达到高变形延伸而成薄“铁饼”状。在r-α转变时，为α生核提供大量晶界面积，在近乎平行且很密的晶界上α-晶粒对接，其晶粒尺寸为薄饼厚度的一半(简称1/2规律)。相变后的铁素体细化程度决定于r晶粒的非再结晶变形度。由于Nb(CN)的“钉扎”作用，Nb原子的“拖曳”作用，使TMCP的效果最佳。

③ 钒

在低碳钢中，钒的VN形成最佳温度为900℃。作为再结晶控轧，空间很小。根据溶度积原理而VC在奥氏体区不能析出，呈完全溶解态。所以钒钢不能实行非再结晶控轧。

钒的最大实惠是VN细化r→α相变后的铁素体珠光体组织，但VN的大量沉淀往往带来韧性损失。高强韧性钢普遍应用Nb-V复合，Nb-V-Ti复合。如果韧性要求不严亦可单独应用V。

小结上述，Ti控制高温段，Nb控制奥氏体区，V控制900℃以下。三者联合应用，根据需要可得随意的冶金效果和最佳经济组合。

④ 铌、钒、钛的氮碳化物都属于面心立方结构，它们之间可互相溶解成复合化物，可调整化合物的物理性质。

根据溶度积原理，高碳(共析、过共析)Nb、V、Ti的间隙元素的化合物可在钢水中形成或者在接近固相线树枝间残余钢水中(碳含量可沿液相线升高)产生。这些一次碳化物的比重，必须接近钢水(7g/cm)才能得到均匀分布的铸态组织、否则容易形成比重偏析或枝间偏析。

简单的碳氮化物间的比重差别和晶格常数差别均很大，可精心设计取得复合化合物使其比重接近钢水。NbC比重7.84，VC比重5.83可取其中间成分得NbV(C)化物，已经证明NbVC比重为7克cm2。这个原理已在高速钢离心铸造轧辊和高速钢耐磨堆焊料中Nb代W和V配合得到应用。

3. 析出强化原理及Ostwald质点长大序

析出强化是Nb、V、Ti共有的特性，过饱和度越大，析出温度越低，析出物与基体的共格越好且畸变越大，颗粒尺寸越小，分布越弥散，析出强化效果越大。提供的强度增量和硬度增量越高，这是众所周知的。

由于晶格参数的不同NbC(0.447nm)、TiC(0.4360)、VN(0.4139)与bbc铁的共格度分别为Nbc或Nb(CN)(1.103)、TiC(1.076)、Vn(1.021)与FCC铁的共格度NbC或Nb(CN)0.882、TiC(0.861)、VN(0.817)， 可见NbC或Nb(CN)引起晶格畸变最大，在颗粒周围应变场亦最大，所以在同等含量时铌的强化效果最大。大量经验数据指出铌的强化作用2倍于钒，约1.5倍于Ti。 溶度积原理是指热力学平衡状态。但生产实际往往是非平衡的。析出物的生核长大在动力学上遵循Ostwald长大序：低于平均尺寸的小的质点趋于溶解，而大于平均尺寸的粒子继续长在，到一定程度呈现出过时效现象，强化效果降低以至消失。铌由于原子的拖曳，推迟ostwald成熟不易过时效，有利于工艺控制。

高温混晶状态也有类似情况，小晶粒消失，大晶粒长大，形成异常长大现象。因为晶粒表面积降低，符合热力学自由能降低原则。

Gladman提出防止晶粒异常长大的临界条件公式：

6Rof 3 2

rcrit = —————[ — - —]-1

π 2 Z

rcrit为阻止晶粒长大的“钉扎”物的临界尺寸，R0基体晶粒半径，f析出物组分，Z=R/R0(R0原晶粒尺寸)如果析出物尺寸长大超过rcrit开始出现异常长大。高弥散分布的小颗粒析出物对防止异常长大有利。

铌的Nb(CN)的析出强化效果与Nb含量的1/3次方成正比，颗粒尺寸越细强度增量越大。

0.3铌中碳钢在铸态时， Nb(CN)可在枝间析出，小锭型或快速凝固可避免或减少析出。所以一般作为合金元素，在中炭钢或不锈钢中铌含量不大于0.3%。

在热变形诱导析出的Nb(CN)一般位于位错处。

4. 高温轧制工艺(HTP)中的固溶铌

固溶铌是析出强化铌的组分，由终轧温度控制，0.05%Nb在终轧温度1000℃以上均有一部分铌固溶，可供相变时或相变后析出产生进一步强化。

5. 铌钛复合IF效应，消除C、N的应变时效

在高深冲冷轧钢板生产中，先进工艺采用铌钛复合IF化，在奥氏体区下部温度开轧，铁素体区上部温度采用强润滑终轧，再退火发展{111}组构。r值可达3.0。

所谓Nb+Ti IF化，Ti固定残氮，Nb固定残碳，达到IF化。在这里要求氮、碳化物粗大化，消除与基体共格，对塑性有利。 铌钛双稳定化生产IF不锈钢、无晶间付蚀奥氏不锈钢和无点付蚀铁素体不锈钢。

6. 铌原子的拖曳作用使低碳锰钢贝茵体化。

超低碳的铌钢，在终轧温度下有大量的固溶铌，抑制r→α相变，首先是抑制2次δ铁素体的(先共析)析出，而最终发生r→B贝茵体转变。低碳锰钢无论怎样冷却都能转变成贝茵体。只是在缓冷或不加铌时先共析铁素体必定领先形成，这种钢的组织为多边形铁素体加贝菌体。而加铌或加束冷却则无多边形铁素体而是均一的针状贝茵体，可见铌的作用相当于加速冷却，有人称之为“内处理”。

四、铌在特钢中的应用例

1. 非调质钢及其新工艺(TPCP)

非调质钢在环境保护和节约能源这一共同意愿的感召下发展非常迅速，其生产量、钢的优越性大有凌驾调质钢之势。成分调正不拘一格，新的生产工艺脱颖而出。铌的应用效果很好。

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铌在钢中的物理冶金学基础数据

铌在钢中的物理冶金学基础数据

第１０卷第２期　

１９９８年４月　钢铁研究学报　

ＪＯＵＲＮＡＩ　ＯＦ　ＩＲＯＮ　ＡＮＤ　ＳＴＥＥＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　Ｖｏｌ　１０．Ｎｏ．２　

Ａｐｒ．１９９８　

Ｙｏｎｇ　Ｑｉｌｏｎｇ　Ｐｅｉ　Ｈｅｚｈｏｎｇ　Ｔｉａｎ　ｄｌａｎｇｕｏ　Ｚｈｏｕ　Ｘｉａｏｌｉｎｇ　Ｐａｎ　Ｌｉ　｝ｒａｎｇ　Ｗｅｎｙｏｎｇ　

摘要根据近年来的试验及理论研究结果．同时参阅　大量国外文献资料，　面　

地搜集了铌在钢中的物理请垒学基础数据．可供有关研究工作者及生产技术人醴　

参考选用　若蕈坷篓堂　兰　，塑　÷ｆｌ　赃｛磊｛ｔ　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　

ａｕｔｈｏｒｉｔａｔｉｖｅ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｆｉｅｌｄ　ａｂｒｏａｄ—ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｐｈｙｓｉｃｏ—ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ｄａｔａ　

０ｆ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ａｎｄ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ　ｉｎ　ｓｔｅｅｌ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ．　

Ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ　

ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｅｅ．　

ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ｎｉｏｂｉｕｍ，ｐｈｙｓｉｃｏ—ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｓｔｅｅｌ　

铌在钢中具有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体　

再结晶及产生显著的沉淀强化效果等作用，因而在　

钢中获得了广泛的应用。铌是低合金高强度钢中十　

分重要的微台金元素，在工具钢、不锈钢、耐热钢及　

高级弹簧钢等大量钢种中广泛采用铌合金化。目前，　

全世界每年生产的含铌钢钢材接近３×１０　ｔ，约占钢　

材总产量的４　］。　

为了充分发挥铌在钢中的有益作用，必须进行　

深入的理论和试验研究，而在这些研究中均需要准　

热处理过程中铌对高铬钢组织性能的影响

热处理过程中铌对高铬钢组织性能的影响

Ｊｕｎ．２０１０　ＶＯＩ．５９　ＮＯ．６　铸ＦＯＵＮＤＲ造Ｙ　

热处理过程中铌对高铬钢组织性能的影响　

张宇光，赵爱民，赵征志，王艾青，唐狄　（北京科技大学冶金工程研究院，北京１０００８３）　摘要：研究了热处理工艺对新型高铬钢硬度和冲击性能的影响，并分析了含Ｎｂ新型高铬钢经过不同热处理后的组织。　结果表明，Ｎｂ增加了合金碳化物的稳定性，在高铬钢加热奥氏体化过程中阻碍了碳化物的溶解。其最佳奥氏体化温度　为１　０７０～１　１００℃，比传统Ｄ２钢（Ｃｒｌ２ＭｏｌＶ１）提高了约１００℃。Ｎｂ细化了晶粒，改善了高铬钢的韧性。在降低少量硬　度的情况下，冲击韧性提高了１倍。　关键词：热处理；高铬钢；铌；硬度；碳化物；冲击韧性　中图分类号：ＴＧ１４２．１＿＿３文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１０）０６—０６１１—０３　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｎｂ　Ｏｎ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　ＣｈｒＯｍｉｕｍ　ＳｔｅｅＩｂｙ　Ｄｉ仟ｅｒｅｎｔ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ－ｇｕａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ａｉ－ｍｉｎ，ＺＨＡＯ　Ｚｈｅｎｇ—ｚｈｉ，ＷＡＮＧ　Ａｉ—ｑｉｎｇ，ＴＡＮＧ　Ｄｉ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｈｉｇｈ　ｃｈｒ０ｍｉｕｍ　ｓｔｅｅ１　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍｉｃｒＯｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｓ　ｗｅｌ１．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｅｎｈａｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｌｌｏｙ　ｃａｒｂｉｄｅ，　ａｎｄ　ｄｅｌａｙｓ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｃｈｒＯｍｉｕｍ　ｓｔｅｅｌ　ｄｕｒｉｎｇ　ｉｔｓ　ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　１　０７０—１　１　００。Ｃ．ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　１　００。Ｃ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　Ｄ２　ｓｔｅｅＩ（Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｌｓｏ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｃａｎ　ｒｅｆｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｇｒａｉｎ．　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ｓｔｅｅＩ　ｔｏ　ｔｗｏ　ｔｉｍｅｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　Ｄ２　ｓｔｅｅ１　ｗｉｔｈ　ｏｎｌｙ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｈｉｇｈ　ｃｈｒＯｍｉｕｍ　ｓｔｅｅｌ；ｎｉｏｂｉｕｍ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｃａｒｂｉｄｅ；ｉｍｐａｃｔ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　Ｃｒ１２型钢是国内最常用的冷作模具钢之一。提高　模具的质量，延长模具的寿命，直接和间接带来的经　济效益和社会效益是难以估量的。由于高铬钢含有大　量的碳化物，因而具有良好的耐磨性。但正是由于大　量的碳化物，造成高铬钢本身存在冲击韧性低的缺陷。　这些碳化物很难通过热处理细化，所以一般均粗大且　不均匀，这种组织造成高铬钢韧性较差，易脆裂，严　重影响模具的使用寿命。为了改善高铬钢的这种缺陷，　提高模具的使用寿命，经过调整成分，加入一定量的　铌，开发了一种新型的高铬钢。本文研究了不同铌含　量的新型高铬钢经过相同热处理工艺后，硬度与韧性　的变化，并对其金相组织进行了分析。　１　试验方案　１．１试验方法　试验用钢使用５０　真空炉进行熔炼，浇注成锭，　用十字锻造法锻造成圆锭。试样用线切割在锻造后的圆　锭上截取，加工成１０　ｍｍｘｌ０　ｍｍｘ５５　ｍｍ无缺口试样，　在ＲＪｘ一８．１３位式电炉加热，处理后的试样在ＪＢ５型摆锤　冲击韧性试验机测量试样断裂的冲击功，用千分尺测量　试样的冲击断口的尺寸，　硬度用ＨＲ一１５０Ｄ型洛氏硬度计　在无缺口试样上选取５个点测试，算出平均值。　金相试样是从冲击韧性试样的断头上截取，经过　打磨、预磨和抛光制备成金相试样，用王水浸蚀的条　件下，用Ｌａｂｏｒｌｕｘ　１２型光学显微镜观察其金相组织，　并采用Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｓ－３６０型扫描电镜观察其显微组织。　１＿２化学成分　新型高铬钢与传统Ｄ２钢的化学成分如表１所示。　１．３热处理工艺　试验用高铬钢和Ｄ２钢的热处理工艺分为球化退火，　调质，淬火和回火４个步骤。图１为淬火回火工艺图。　Ｄ２钢淬火温度为９５０℃、９８０℃、１　０１０℃、１　０４０℃、　基金项目：北京市科委重大项目（Ｄ０７０１０３００７００７０１）；　“十一五”国家科技支撑计划（２００６ＢＡＥ０３Ａ０６）。　收稿日期：２００９—１ｌ一０４收到初稿，２００９—１２—０５收到修订稿。　作者简介：张宇光（１９８３－），男，在读博士，主要从事汽车用钢的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：　ｇｂｋ＠１６３．ｃｏｒｎ

钢中气体对特殊钢性能的影响分析

钢中气体对特殊钢性能的影响分析

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钢中气体对特殊钢性能的影响分析

作者：郭 钊

来源：《科学与财富》2010年第04期

[摘 要] 本文就导致特殊钢显微缺陷的主要因素是氢气、氧气、氮气等气体进行了分析和探究。

[关键词] 气体 特殊钢 性能 影响

钢的质量,除化学成分达到技术条件的要求外,减少钢中的缺陷尤为重要。尽管钢铁生产技术和设备已相当发达,但是在冶炼、连铸、热加工、热处理、机械加工都可能产生缺陷,如残余有害底熔点元素超标、气泡、合金元素偏析、氢脆等缺陷时有发生,导致钢的破断事故给企业造成巨大经济损失。

1.钢中气体的来源及控制

氢气、氮气、氧气的原子很小,它们可在炼钢的化学反应中产生,也可从大气中侵入钢液。它们的原子可以潜伏在钢的晶胞金属原子之间,也可以从一个晶胞游弋到另一个晶胞,如遇到缝隙原子态的氢、氮、氧还会聚合成分子,如果分子态的氢气、氮气、氧气聚集很多,它们产生的压力就会使缝隙扩大,甚至产生显微缺陷。

1.1氢

氢气在炉气中的分压力很低,大气中氢的分压力为0.053Pa。因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的。氢进入钢液的主要途径是:通过废钢表面的铁锈;铁合金中的氢气;增碳剂、保温剂、脱氧剂、造渣剂、沥青和焦油中的水分;未烤干的钢包、中间包、中注管、钢锭模的喷涂料;连铸洁净器渗水以及大气中的水分与钢水或炉渣作用而进入钢中。

氢在钢中造成的缺陷主要有白点、点状偏析、氢脆、开裂、表面鼓包、焊缝热影响区的裂缝。氢的控制,关键技术在于有效防止脱氢处理之后的钢液增氢。其主要办法有:

(1)采取合理的烘烤工艺,加强中间包、水口预热烘烤。

(2)采取保护浇注,防止钢液直接与大气接触。

在钢锭中采取的措施有:热加工使钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起来,使钢的组织致密,破坏铸态组织、细化晶粒。加入铌,采用控扎控冷工艺,轧制过程中微细的NbC、Nb(CN)的析出能够细化钢的组织并起到沉淀强化的作用,提高强度和韧性。但是要防止钢中微细的氮化龙源期刊网

特殊钢中的偏析问题

特殊钢中的偏析问题

特殊钢中的偏析问题

1绪论

对特殊钢尚无统一的定义和概念，一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分〔合金化〕、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。

特点：与普通钢相比，特殊钢具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。

分类：我国将特殊钢分成优质碳素钢、合金钢、高合金钢〔合金元素大于10％〕三大类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70％，主要钢种有特殊碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、合金结构钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢，以及高温合金、精密合金、电热合金等。

1949年前，中国年产特殊钢，其中合金钢2.5万吨。经过30年的建设，1982年特殊钢产量占全国钢产量的7％。1952～1982年，特殊钢产量平均每年递增15％，其中合金钢递增14％。按1981年产量计，％％、合金结构钢占41％％％、弹簧钢占17％、滚珠轴承钢占 15％、不锈耐酸钢、耐热钢占2％％。在特殊钢的加工方面，可以生产10000多个规格的特殊钢材，板、管、丝、带、型、盘饼、环等品种基本齐全，合金结构钢、高速工具钢、轴承钢及其制品已经有少量出口。

到1982年，特殊钢生产布局已经展开。为了提高特殊钢产品质量，许多企业采取了先进的检验手段，建立了全面质量管理体系，高速工具钢、滚珠轴承钢、钎子钢、不锈钢冷轧板、小口径地质钢管等产品，已经分别到达或接近国际先进水平。

2偏析概述

铸件(锭)中化学成分不均匀的现象称为偏析。由于金属凝固过程中的选分结晶，导致晶体中的偏析是不可防止的。

在工业上，几乎所有金属都要经过由液态到固态的凝固过程。当合金凝固时，由

于发生溶质的重新分配，先凝固的部分与后凝固的部分成分不同，就产生了溶质的偏

析现象。偏析问题在高温合金中具有普遍性，尤其在合金化程度较高，锭型较大的条

件下更容易发生。

偏析分为两种：