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微合金化钛微合金化Q345E 钢的试验研究王建锋1,邓 深1,2,饶江平1,3,李光强1,张 峰1,4(1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;2.柳州钢铁集团公司,广西柳州545002;3.武汉钢铁集团公司炼钢总厂四分厂,武汉430083;4.宝山钢铁股份有限公司硅钢部,上海200941)摘 要:采用钛微合金化技术生产出具有较高屈服强度和良好低温冲击韧性的Q 345E 钢,其组织均以铁素体+珠光体+少量回火索氏体组成。
缓冷和快冷试验结果表明钛微合金化Q 345E 具有较高的性能稳定性,强度增加主要是T i 细晶强化及沉淀强化作用引起的,研究为钛微合金化钢的进一步推广作了有益尝试。
关键词:Q345E ;钛;微合金化钢;细晶强化中图分类号:TF762+.3 文献标识码:A 文章编号:1004-7638(2010)02-0020-06Experim ental Study on the T iM icroalloyed Q345E SteelW ang Jianfeng 1,Deng Shen 1,2,Rao Jiangpi n g 1,3,L iGuangqiang 1,Zhang Feng1,4(1.K ey L aboratory for F errousM eta ll urgy and R esources U tilization ofM i n i stry o f Educati on ,W uhan U niversity o f Sc i ence and T echno logy ,W uhan 430081,H ube,i China ;2.L iuz hou Iron &Stee lG roup Co .L td .,L i uzhou 545002,Guangx,i Ch-i na ;3.T he 4th Branch o f Stee l m ak i ngW o rks ,W uhan Iron and Stee lG roup Co .,W uhan 430083,Hube ,i Ch i na ;4.S ili con Stee l D iv i s i on o f Baosteel Co.L td .,Shangha i 200941,Ch i na)Abst ract :The h i g h perfor m ance Q345E steelw ith h i g h y ield strength and stable l o w-te m perature i m pacttoughness w as m ade by T itan i u m m icroalloy i n g techno logy .The m icrostructure of deve l o ped Q345E steel is co m posed o f ferrite ,pearlite and a little te m pered sorbite .S lo w cooling and fast coo li n g experi m enta l resu lts sho w ed that titan i u m m icroa lloyed Q345E stee l has high perfo r m ance stability ,the i n crease o f streng th is caused m ainly by gra i n -refining strengthening and precipitation strengthening .This research is a benefi c ial atte m pt for further pro m otion o f titan i u m m icroalloyed stee.l K ey w ords :Q345E ;titan i u m;m icroalloyed stee;l fi n e -gra i n strengthening0 引言Q345E 低合金高强度结构钢板系列产品广泛用于高层建筑、地下和海洋设施、铁路运输、工程机械、压力容器等各类低温环境下使用的工程结构件,特别是对可焊性和低温冲击韧性要求严格的重要结构件。
微合金元素对钢性能的影响【摘要】钒、钛、铌等微合金元素都可以通过细化晶粒和沉淀强化来提高钢的强度，但由于其作用机理及强化强度受到本身特性和工艺条件的影响而不同，且对抑制再结晶的能力表现不同，具体表现为铌>钛>钒。
【关键词】微合金化元素；作用机理；析出；裂纹1.引言微合金元素如钒、钛、铌等，在钢中由于其碳氮化物可以调节形变奥氏体的再结晶行为和阻止晶粒长大，间接起到细化晶粒的作用，并对钢产生沉淀强化，从而提高钢材的强度和韧性，因此在钢材生产中得到了越来越多的应用。
但是，控制不好，AlN和（Nb、Ti、V）的碳氮化物大量在晶界析出，会促使钢的塑性降低，产生表面横裂纹。
因此研究微合金元素在钢材中行为变化及对钢材性能的影响规律，为实际生产中提供一定的理论基础。
2.微合金化元素对钢性能的影响“微合金化”是指这些元素在钢中含量较低，通常低于1%（质量分数）[l]，目前大量使用的是铌、钒、钛等，其特点是能与碳、氮结合成碳化物、氮化物和碳氮化物，这些化合物在高温下溶解，在低温下析出。
其作用表现在：在加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大；在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大；在低温时起到强析出强化的作用。
通过合金元素的固溶及其固态反应，影响微结构乃至结构、组织和组分，从而使金属获得要求的性能[2]。
国内外许多学者对微合金元素在钢中的应用做了大量的研究工作，己经基本掌握了微合金元素在钢中的作用规律[3]，如表1所示。
2.1钒2.1.1 钒微合金化理论基础钒在微合金钢中单独加入时主要形成VC、VN和V（N、C），属中间相，其化学式可在VC～V4C3之间变化。
钒在钢中的固溶量随温度的升高而迅速增大，而VC、VN的量则相应下降，但在较低的加热温度下，其碳化物可以完全溶解（至少是绝大部分）到奥氏体中，因此V的利用率高，对沉淀强化的贡献大，成为非调质钢中的主要的和常用的微量添加元素，为钛和铌所不及。
钒的碳化物土要以相间沉淀的形式析出，在α相区内析出量不多，并与α相保持共格关系。
低成本钛微合金化Q335〜Q420系列热轧钢带的开发DOI:10.3969/j.issn.l006-110X.2021.01.009低成本钛微合金化Q355〜Q420系列热轧钢带的开发张玉文，闫萍（唐山不锈钢有限责任公司，河北063105）［摘要］本文介绍了低成本Ti微合金化Q335-Q420系列热轧钢带的产品的成分组成和工艺设计思路及产品性能控制情况。
在保证产品性能的前提下，通过对产品强化合金使用成本的分析，确定使用Tt替代Mg作为强化合金。
通过科学的成分设计和工艺控制，产品的强度、塑韧性等各项指标均符合标准要求。
Ti强化成本降低至Mg合金强化成本的1/4左右。
［关键词］钛微合金化；以钛代沉淀强化;低成本高强钢Development of low cost Ti micro alloyed Q355~Q420series hot rolling stripZHANG Yu-wen and YAN Ping（Taneshan Stainlest Sted Co.,LtcO,HEBEI063105/Abstract The constituents composition,process design ideas and product performance control of lowcost Ti micro alloyed Q355〜Q420series hot rolled steel strip are introduced in this paper.On the premise of ensuring the performance of the product,by the comparative analysis of the cost of the product strengthening alloy,to determine on use Ti instead Mn as reinforcement alloys.Through scientific constituents composition design and process control,the product strength,plastic toughness and other indicators are in line with the standard requirements,Ti micro alloyed strengthening cost is reduced to about1/4of Mn alloy strengthening cost.Key words Ti micro alloyed,use Ti instead Mn,precipitation hardening,low cost HSS0引言Q355-Q420钢是目前应用最普遍的低合金高强钢牌号，在热轧带钢机组的产品大纲中占有较大的比重。
1钛钛及钛合金具有一系列特点.如它的密度小、比强度高、耐热性能好、耐低温的性能也好，它具有优良的抗蚀性能，并且它的导热性能差、无磁、弹性模量低，但是它具有很高的化学活性。
A •钛原子结构和在周期表中的位置a. 钛原予结构钛的原子序数是22,原子核由22个质子和20〜32个中子组成。
原子核半径为5X1013cm。
原子核外22个电子结构排列为1s22s22p63s23p63d24s2。
原子失去电子的能力用电离能来衡量。
钛原子的电离能见表2—1。
由表2 —1可见，钛原于的4s电子和3d电子的电离势较小，都小于8X10—18j,因此容易失去这4个电子。
3p电子的电离势都在16.06 X10—18J以上，是根难失去的。
所以，钛原子的价电子是4s23d2，钛的最高氧化态通常是正四价。
钛原子半径和离子半径见表 2 —2。
已发现钛有13种同位素，其中稳定同位素5个，其余8个为不稳定的微量同位素。
钛的同位素及其性质列于表 2 —3。
b. 钛在周期表中的位置钛是元素周期表中第四周期的副族元素，即IV B族（又称为钛副族）元素。
这族元素除钛（22门）外，还有锆（40Zr），铪（72Hf ）和人工合成元素104KU。
钛、锆、铪原子的外层电子结构分别为：Ti[Ar]3d 24s2, Zr[Kr]4d 25s2, Hf[Xe]5d 26s2。
由此可见，钛族元素的原子具有相似的外电子构型，即价电子都是d2s2,因而钛、锆和铪的原子半径相近，它们的许多性质也相似，彼此可以形成无限固溶体。
不过，钛、锆、铪及它们的化合物在性质上也有差异。
例如，TiO2是两性氧化物，而ZrO2、HfO2为碱性氧化物；TiCI 4是弱酸性化合物，而ZrCI4、HfCl 4则为两性化合物。
IV A族，即碳族元素的原子也和IV B族具有相似的外电子构型，不过其价电子不是d2s2,而是s2p2。
钛族与碳族是同周期元素，它们具有共性，即通常都表现最高氧化态为正四价。
吕志勇,工程师,2007年毕业于武汉科技大学冶金工程专业。
E-mail:swiffkiss@微合金钢钛氮比控制实践吕志勇,张立夫,周刘建,邢维义,方恩俊(鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司,辽宁营口115007)摘要:针对微合金钢钛氮比不理想影响钢水质量的问题,分析了影响钢水钛、氮含量的原因,采取了优化工艺路线、优化增钛时机、分步增氮等措施后,将钢水钛氮比稳定控制在2.4~3.4,钢水成分合格率由81%提高到100%,达到了钢水的成分控制要求。
关键词:微合金钢;钛氮比;钛含量;氮含量中图分类号:TF777文献标识码:A文章编号:1006-4613(2019)06-0048-04Practice of Controlling Ratio of Ti to N in Micro-alloyed SteelLv Zhiyong ,Zhang Lifu ,Zhou Liujian ,Xing Weiyi ,Fang Enjun(Bayuquan Branch of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning ,China )Abstract :In allusion to the problem that the undesirable ratio of Ti to N in micro-alloyedsteel impaired the quality of molten steel,the causes of influencing content of Ti and N in molten steel were analyzed.And then such measures as optimizing the process flow,optimizing the time for increasing content of Ti and increasing content of N step by step were taken so that the ratio of Ti to N was stably controlled in the range from 2.4to 3.4,and therefore the pass percent of molten steel was increased to 100%from 81%,which could meet the requirements asked by specificationson elements in molten steel.Key words 院micro-alloyed steel;ratio of Ti to N;content of Ti;content of N钢的微合金化技术是目前改善钢铁材料性能的重要方法之一。
钛及其化合物性质1、自然界存在：钛在自然界存在丰度0.42%，在所有元素居第10位，我国含量丰富。
钛的主要钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。
2、钛单质此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。
钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。
钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。
钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。
制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。
同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。
钛具有“亲生物“’性。
在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。
因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。
当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。
但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实】3、钛的冶炼钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。
原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。
浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应：FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O 为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4.7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。
Ti 是最活泼的微合金元素，与O、S、C、N 都有很强的亲和力。
Ti 可以在较高温度析出，1 250℃高温时仍能够析出Ti 的碳氮化物颗粒，而在较低温度时其析出较少，故Ti 一般用于高温析出来阻止奥氏体晶粒的长大，常与V、Nb 等复合添加。
Ti 较难溶于钢中，大部分是以第二相粒子的形式存在，Ti 的细小弥散的碳氮化物析出相能够有效地阻止奥氏体晶粒的长大，具有中等的细化晶粒作用，而沉淀析出强化作用较大.TiN 的固溶度比Nb 和V 都要低很多，因此生产冶炼的钢中N 的含量会很大程度上影响钢中可固溶的Ti 的含量，从而对后续的TiC 的析出产生影响；图1.5（B）为一般冶炼条件下的N 含量数值下（含N0.007wt%）温度对微合金元素的影响。
由图可以看出，即使在1300℃以上的高温仍几乎不溶，因此在传统轧制流程的加热过程中，TiN 仍以析出物形式存在，并可以起到钉扎奥氏体晶界而阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
而NbN 和和VN 在1200℃以上固溶量可以达到0.085wt%以上，在1150℃时固溶量大概在0.055%左右，考虑一般常用钢中的Nb和V的添加量并不会太高，因此可以认为在该温度条件下NbN 和VN 基本上全部固溶。
当然，降低加热温度可以保持一定量的未溶NbN和VN以抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大,但是加热温度过低同时会影响钢中NbC 和VC 的溶解，对于后续的析出强化过程不利。
所以在利用微合金元素的氮化物颗粒以抑制奥氏体晶粒长大方面，Ti 比Nb 和V 更具有优势。
但是这并不是说为了得到更多的TiN 以阻止加热过程中奥氏体晶粒的长大，N 的含量越高越好，N 含量增多会使TiN的高温析出物增多，但是同样会使TiN 的颗粒增大，这对于抑制奥氏体晶粒长大不利。
Zener 由晶粒长大的驱动力和第二项粒子对晶粒长大的钉扎作用的平衡关系得到了反映第二相粒子阻止高温奥氏体长大的关系式：由上式可以看出，TiN 颗粒析出体积分数增加并伴随着其尺寸增大的同时，对阻碍加热过程中奥氏体晶粒长大并不会有很好的效果。
钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。
它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。
改善焊接性能。
在铬18
镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
钛是化学性质非常活泼的金属，与钢中的氧、硫、碳、氮都容易形成化合物。
钛在固态时有结构转变，这种同素异构转变决定了钛在钢中加入量的限制。
在很多情况下，钛作为微合金化元素的加入。
钛含量约在0.02%时，具有最佳的抑制奥氏体晶粒粗化的效果，但并不产生明显的强化作用。
钛与硫的亲和力大于锰和硫的亲和力，而且TiS比MnS更稳定，所以钛的去硫效果非常显著。
但是TiS的生成自由能与TiN、TiC差不多，所以碳氮含量高时，会影响钛的脱硫作用。
钛在钢中形成非常稳定、弥散、高熔点、高硬度的碳化物，另外钛还可以消除不锈钢的晶间腐蚀倾向。
但如果形成较多的铁素体和TiN夹杂物，这种夹杂物会影响钢的抗蚀性。
钛在钢中优先与氧化学合成TiO2。
钛的化合物能阻止晶粒长大，由固态下高温析出的、弥散分布的TiN，对阻止奥氏体晶粒长大最为有效，含钛非调质加热至1250℃，仍具有较细的奥氏体晶粒。
。
钛合金是一种轻质、耐腐蚀、强度高的材料，由此应用于智能手机，可以提升手机的整体强度、耐摔性和耐刮擦性。
但钛合金属于难加工材料，钛合金边框的引入，也是CNC技术上的一种挑战。
为什么我们认为钛合金是一种难加工材料？下面我们来一起认识它的特性。
钛是元素周期表中原子序数为22的元素，第四周期的副族元素，即IVB族，这族元素除钛以外，还有错、错，其共同特点是熔点高，常温下在其表面形成稳定的氧化膜。
钛的十大特性1.密度小、强度高.比强度大钛的密度是4.51g/cm3,为钢的57%,钛比铝重不到两倍,强度比铝大三倍。
钛合金的比强度（强度/密度之比值）是常用工业合金中最大的（见表1）,钛合金的比强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.7倍，所以是宇航工业必不可少的结构材料。
钛的钝性取决于氧化膜的存在，它在氧化性介质中的耐蚀性比在还原介质中要好得多。
在还原性介质中会发生高速率腐蚀。
钛在一些腐蚀性介质中不被腐蚀，如海水、湿氯气、亚氯酸盐及次氯酸盐溶液、硝酸、铝酸、金属氯化物、硫化物以及有机酸等。
可是在与钛反应产生氢的介质（例如盐酸和硫酸）中，钛通常具有较大的腐蚀率。
但如果在酸中加入少量的氧化剂会使钛表面形成一层钝化膜。
所以在强硫酸-硝酸或盐酸-硝酸的混合液里，甚至在含游离氯的盐酸中，钛都是耐腐蚀的。
钛的保护性氧化膜经常是当金属碰到水时形成的，即使少量的水或水蒸气中也能形成。
如果把钛暴露于完全没有水的强氧化性环境里，就会发生快速氧化并产生剧烈反应，甚至常出现自燃。
钛与含过量氧化氮的发烟硝酸以及钛与干氯气的反应就发生过这类现象。
所以要预防发生这类反应，必须有一定量的水分。
3、耐热性能好通常铝在150℃l不锈钢在310。
C即失去了原有性能，而钛合金在500。
C左右仍保持良好的力学性能。
当飞机速度达到音速的2.7倍时，飞机结构表面温度达到230o C r铝合金和镁合金已不能使用，而钛合金则能满足要求。
钛的耐热性能好，它用于航空发动机压气机的盘和叶片以及飞机后机身的蒙皮。
钛微合金化高强度钢筋的生产实践向往（涟钢一炼轧厂）摘要本文通对钛微合金化的强韧化原理讨论并对TiN、TiC 的热力学行为计算，设计合理的成分、控制合金料的加入时机、连铸拉速-过热度配合、合理控制轧制温度和冷却速度等关键因素制备钛强化HRB400 钢筋。
经检测，力学性能和金相组织均符合新国标要求。
关键词钛微合金化；钢筋；化学成分；轧制工艺；金相组织螺纹钢的发展经历了由低强度级别到高强度级别的历程，400MPa 级的热轧钢筋具有强度高、韧性好、易焊接、抗震性好等特点。
与355MPa 级的钢筋相比，具有排筋密度低，应变时效和低周疲劳性能好等许多优点，可以节约12%~14%的钢材用量[1]。
国家标准化委员会发布国家标准GB/T 1499.2-2018，标准要求使用微合金强化钢筋，禁止使用穿水工艺相变强化的钢筋。
截至2018年，穿水工艺生产的钢筋在建筑工程上已停止使用，微合金化钢筋是适合生产高强度螺纹钢的工艺技术，已逐渐被应用。
Nb、V由于具有良好的细晶强化效果和第二相强化效应，可以获得良好的强度和韧性匹配效果。
但是Nb、V合金昂贵的价格，增加了生产成本，压缩利润空间，甚至会出现亏损。
Ti合金价格较低，可以显著降低生产成本，增加盈利空间，是生产微合金高强度钢筋的理想合金元素。
钛在钢中可以形成一系列的氧化物、硫化物、碳化物、碳氮化物和氮化物等固溶化合物。
钛与合金元素亲和力从大到小的顺序是：氧、氮、硫、碳。
即钛的各类化合物稳定性递减的顺序为Ti2O3→TiN→Ti4C2S2→Ti(C、N)→TiC[2]。
钛和氧有着很强的亲和力，钢液必须用铝充分脱氧后，才能加入钛铁。
否则钛与氧的结合会降低钢中有效钛的含量。
钢中有效钛是指与碳结合形成TiC的钛，其主要含量取决于硫、氮的含量，硫、氮含量越低，则有效钛的含量越高[3]。
在脱氧完全的情况下，当钛含量较低时，钛首先结合钢中的氮几乎全部用于形成TiN，不能形成Ti4C2S2，钢中的硫以MnS形态存在。
钛及其化合物性质1、自然界存在：钛在自然界存在丰度0.42%，在所有元素居第10位，我国含量丰富。
钛的主要钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。
2、钛单质一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。
钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。
钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。
钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。
制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。
同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。
钛具有“亲生物“’性。
在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。
因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。
当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。
但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实】3、钛的冶炼钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。
原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。
浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应：FeTiO3+3H2SO4== Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4==TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4== FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4== Fe2(SO4)3+3H2O为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4.7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。
