微合金元素在钢中的作用(精)

钢中微合金元素的作用机理钢是一种合金，其主要成分是铁和碳。

微合金元素是添加在钢中的少量杂质元素，包括钛、铌、钒、铝、锰、铬等。

这些微合金元素的添加对钢的性能具有重要的影响。

以下是钢中微合金元素的作用机理。

首先，微合金元素可以提高钢的强度和硬度。

微合金元素的加入可以阻碍晶界流动和位错的运动，从而限制了晶界滑移和位错滑动，降低了钢的塑性变形能力，提高了钢的强度和硬度。

此外，微合金元素还可以形成致密的析出物，如碳化物、氮化物、硫化物等，这些析出物可以增加钢的硬度，从而提高钢的抗拉强度和硬度。

其次，微合金元素可以改善钢的韧性和冷加工性能。

微合金元素的加入可以阻碍晶界弥散，提高了钢的晶界精细度，从而改善了钢的韧性和抗冲击性能。

同时，微合金元素也可以细化钢的晶粒尺寸，提高钢的塑性变形能力，使钢具有较好的冷加工性能。

第三，微合金元素可以提高钢的耐腐蚀性能。

微合金元素的加入可以改善钢的晶界耐蚀性能，减少晶界的腐蚀敏感性。

此外，微合金元素也可以与一些有害杂质元素结合，形成稳定的化合物，减少了钢中有害元素的溶解和析出，从而提高钢的耐腐蚀性能。

另外，微合金元素还可以改变钢的相变行为。

微合金元素的加入可以改变钢的析出序列和析出相，影响钢的相变行为。

例如，铌和钒可以用于控制钢中的碳化物析出，阻止奥氏体向珠光体的相变，从而提高钢的强韧性。

此外，微合金元素还可以优化钢的热处理工艺。

微合金元素的介入可以降低钢的回火敏感性和退火脆性，提高钢的热处理硬化能力，使钢在热处理过程中获得较好的组织和性能。

总的来说，钢中微合金元素的作用机理包括限制晶界滑移和位错滑动、形成致密的析出物、改善晶界精细度和抗腐蚀性能、提高韧性和冷加工性能、改变相变行为和优化热处理工艺等。

这些作用机理使得钢中微合金元素的加入可以显著改善钢的性能，提高钢的使用性能和工艺性能。

甘肃冶金 2000年12月第4期谈微合金元素N b 、V 、T i 在钢中的作用Ξ杨作宏　陈伯春(酒泉钢铁公司　甘肃　嘉峪关　735100)摘　要　论述了N b 、V 、T i 在钢中的存在形态,分析了提高钢的强韧性,改善可焊性的微观机理及在钢中的重要作用。

关键词　可能性　形态　溶度积　作用1　引言在钢中质量分数低于011%左右,而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素,称为微合金元素;N b 、V 、T i 是其中最为重要的微合金元素。

在钢中添加微量的N b 、V 、T i ,可保证钢在碳当量较低的情况下,通过其碳、氮化物质点(尺寸小于5nm )的弥散析出及N b 、V 、T i 的固溶,细化晶粒,极大地提高钢的强度、韧性,特别是低温韧性,使钢具有良好的可焊性、使用性。

因此,研究N b 、V 、T i 在钢中的作用机理和微观行为,对钢的品种开发,生产高质量、高附加值的产品如船板、管线钢等有重要的作用。

2　Nb 、V 、T i 在钢中作用的微观基础211　形成碳化物和氮化物的可能性 图1　一些金属元素形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的能力和它们的沉淀强化能力N b 、V 、T i 是碳化物和氮化物的形成元素,这些元素在比较低的浓度下就能满足这种要求。

在周期表中,它们的位置彼此靠得很近。

图1指出,对于一定的金属元素,从 组到 组,形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的可能性是逐渐增强的(从右上角至左下角)。

形成沉淀强化所需要的碳化物或氮化物,N b 、V 、T i 有同等的倾向。

212　在钢中的存在形态N b 、V 、T i 为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在,少部分固溶在铁素体中,在脱氧不完全的钢中,也会2Ξ收稿日期:2000204205出现氧化物T i O 2、V 2O 3等。

这对N b 、V 、T i 是一种浪费,且氧化物对性能有害,应避免。

在普通碳钢通常依靠加入碳来提高强度，这样就造成了提高碳含量的同时必然降低钢的塑性和韧性。

使普碳钢不能满足强度与韧性的更好组合，由此人们开始研究不增加碳含量，加入其它元素来提高强度，也就是保持低碳钢的韧性前提下，利用微合金化提高强度。

此类钢的综合力学性能比低碳结构钢有很大的改善，而与普通合金钢相比，其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再继之以控制冷却，才能使钢的性能更佳，此类钢使用之前一般不再进行热处理。

微合金化元素在钢中的作用主要是细化晶粒，阻碍再结晶进行以及析出强化。

1Nb的作用在超低碳贝氏体钢（ULCB）的整个发展过程中，微量Nb起着独特的作用。

这类钢中C含量已经降到0.05%，又不加入较多合金元素，因此强化主要靠位错强化，析出强化特别是组织强化。

近年来的研究表明，微量Nb在超低碳贝氏体钢（ULCB）中的作用，主要体现在以下两个方面。

1）微量Nb抑制变形再结晶行为，加剧变形奥氏体中的应变积累，大幅度提高相变前组织中的位错密度。

超低碳贝氏体钢（ULCB）的优良综合性能主要来自钢的组织细化以及贝氏体中的高位错密度，再实现这一目标，首先需要在控轧过程中，在非再结晶区轧制时引入大量高密度畸变区，这些高密度畸变区在随后的冷却过程中成为相变核心，大幅度促进相变组织细化。

同时，要在发生切变形型贝氏体相变过程中，能把相当一部分变形位错保留在贝氏体基体中，从而大幅度提高贝氏体基体强度。

为了达到这一点，要求钢种有相当高的热轧再结晶终止温度以及抑制冷却时扩散型铁素体转变的能力，合金成分设计充分考虑了Nb及Nb—B这方面的作用。

2）微量Nb与B、Cu的复合作用加快了诱导析出，稳定变形位错结构。

微量Nb加入贝氏体钢中的第二个作用是，这类钢高温非再结晶轧制阶段会应变诱导形成极细的Nb（C、N）析出物。

这些析出物主要析出在变形晶界及变形位错网上，它们阻碍了位错的恢复以及消失的过程，稳定了位错结构，为随后冷却过程相变形核提供更多机会，同时组织新相的长大，最终细化组织。

合金元素在钢中的主要作用合金元素是指将两种或多种金属或非金属加入到基本金属中，以改变其物理、化学和机械性能的材料。

钢是一种合金，其中含有一定比例的碳和其他合金元素。

合金元素在钢中起到了重要的作用，使钢具有不同的特性和适用性。

首先，合金元素可以改变钢的力学性能。

例如，添加镍和铬可以增强钢的抗拉强度和硬度，使其具有更好的耐磨性和耐腐蚀性。

钴和钨的添加可以增强钢的抗磨性和高温强度，使其适用于高温工作环境。

钛和铌的加入可以改善钢的焊接性能，使其具有更好的可塑性和可加工性。

其次，合金元素可以改变钢的化学性质。

例如，锰的添加可以提高钢的硬化性能，促进碳的溶解和扩散。

磷和硫的加入可以改善钢的冷加工性能，使其具有更好的可塑性和可加工性。

硅的加入可以提高钢的热导率和抗腐蚀性能。

通过调整合金元素的含量和比例，可以满足不同要求的钢的化学性质。

此外，合金元素还可以改变钢的热性能。

例如，添加铝和钛可以提高钢的氧化稳定性，使其在高温环境下具有更好的耐热性。

镍和铜的加入可以改善钢的导热性能，在高温下具有更好的热传导性能。

铍和银的添加可以提高钢的导电性能，使其适用于电气工程。

同时，合金元素还可以改变钢的结构和相变性。

例如，钼和钒的加入可以改善钢的定向结构，提高其强度和塑性。

锑和铅的添加可以促进钢的相变行为，改善其物理性能。

通过对合金元素的选择和控制，可以调节钢的晶粒尺寸、晶界强度和晶界活性，从而改善钢的内部结构和力学性能。

综上所述，合金元素在钢中起着重要的作用，通过调节它们的含量和比例，可以改变钢的力学性能、化学性质、热性能和结构性能，使钢具有更好的性能和适用性。

合理的合金设计和控制是制造高品质钢材的关键。

微合金化元素在钢中作用的基本原理和各自的特点
高农
【期刊名称】《鞍钢技术》
【年(卷),期】1990(000)009
【总页数】5页(P14-18)
【作者】高农
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TF704.2
【相关文献】
1.谈微合金元素Nb、V、Ti在钢中的作用 [J], 杨作宏;陈伯春
2.微合金化纯净钢中稀土元素的作用 [J], 储爱民;蒋学智;高春贵
3.微合金化元素Nb,V,Ti,Zr和B及其在现代汽车钢中的作用 [J], Meyer.,L;刘建新
4.VN元素在微合金化钢中的作用和开发前景 [J], 丛晓艳
5.微合金化元素在钢中的作用及其应用 [J], 文慕冰
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合金元素对钢的性能影响合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的材料。

将合金元素添加到钢中可以改变钢的性能。

这种改变可能包括增加钢的强度、硬度、耐腐蚀性能、热处理性能等。

本文将详细探讨合金元素对钢的主要性能影响。

一、合金元素对钢的强度和硬度的影响1.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素。

它可以提高钢的硬度和耐高温性能。

铬在钢中形成稳定的氧化层，可以防止钢发生锈蚀。

此外，铬还可以提高钢的强度，使其更难弯曲和变形。

2.锰(Mn)：锰是一种常见的合金元素。

它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性能。

特别是在高温下，锰可以提高钢的硬度和强度，使其具有更好的耐磨性能。

3.钼(Mo)：钼是一种重要的强化元素。

它可以提高钢的强度、韧性和耐热性能。

钼可以在钢中形成硬质的碳化物，使钢具有更好的耐磨性和抗冲击性。

此外，钼还可以提高钢的耐高温性能。

4.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素。

它们可以提高钢的强度和硬度，同时也可以细化钢中的晶粒。

这些微合金元素还可以提高钢的高温强度和阻止钢的再结晶。

二、合金元素对钢的耐腐蚀性能的影响1.铬(Cr)：铬是一种重要的防腐蚀元素。

它可以在钢的表面形成稳定的铬氧化层，防止钢被氧化和锈蚀。

铬还可以提高钢的耐腐蚀性能，使钢适用于潮湿和腐蚀性环境。

2.镍(Ni)：镍也是一种常用的防腐蚀元素。

它可以提高钢的耐酸性和耐碱性，因为镍本身具有优异的化学稳定性。

镍还可以改善钢的韧性和抗磨性能。

3.铜(Cu)：铜可以提高钢的抗腐蚀性能。

它可以形成一层稳定的氧化膜，保护钢表面不受腐蚀。

此外，铜还可以提高钢的韧性和耐磨性能。

三、合金元素对钢的热处理性能的影响1.钼(Mo)：钼可以提高钢的热处理稳定性。

钼的加入可以使钢的晶界更加稳定，抑制晶粒长大，提高钢的热稳定性和热处理硬化能力。

2.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素，可以提高钢的热稳定性和抗热衰退性能。

它们可以在钢中形成稳定的碳化物，细化晶粒并防止晶粒长大。

各元素在钢中的作用（粉末冶金）（一）、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。

（二）、C 扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶。

在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.02%及2.1% 随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性（一）、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

（二）、N 扩大γ相区，但由于形成氮化铁而不能无限固溶；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别约0.1%及2.8%。

不形成碳化物，氮与钢中其他合金元素形成氮化物，如TiN，VN，AlN等，有固溶强化和提高淬透性的作用，但均不太显著。

由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加钢的蠕变强度。

在奥氏体钢中，可以取代一部分镍。

与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用；对钢抗腐蚀性能的影响不显著，但钢表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性能，也显著改善其抗蚀性。

在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性。

（三）、钢中添加N的作用炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮1、钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。

少量氮化物能细化钢的晶粒。

氮休物多时，会使钢的塑性和韧性降低。

2、氮属于扩大奥氏体区元素，在钢中可部分代替镍的作用，是铬锰氮不锈钢中的合金元素，，在超低碳不锈钢中，可代替碳的作用，提高钢的强度。

（一）、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%。

钢材中各微量元素对其性能的作用不论是板材还是建材，各种材质的质量和性能是根据不同的需要而确实的，而钢材不同的质量要求和级别要求的不同就是靠其中的微量元素来决定的，例如我们经常用的低合金板，它本身就为五个级别Q345（A、B、C、D、E），五个级别的不同就是靠其中的S、P等微量元素的含量不同来区分的，微量元素含量不同它们所具有性能也有所不同。

那么钢材中各微量元素对本身性能会产生什么作用呢？庞志刚就收集了一些各微量元素对钢材性能的影响资料，大家可以了解一下：（1）碳：含碳量越高，钢的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。

（2）硫：是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性。

（3）磷：能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性，在优质钢中，硫和磷要严格控制。

但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。

（4）锰：能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能。

（5）硅：它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。

（6）镍：能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。

（7）硼：当钢中含有微量的（0.001－0.005％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。

（8）铝：能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。

（9）钨：能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。

（10）铬：能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。

（11）钒：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性，当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。