Nb_V_Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响

《B、Nb等微合金化元素在超级奥氏体不锈钢中强化效果的理论研究》篇一一、引言超级奥氏体不锈钢以其卓越的耐腐蚀性、高温强度和良好的加工性能，在化工、海洋工程、核能等高要求领域得到了广泛应用。

为了进一步提高其性能，研究者们通过添加微合金化元素如B、Nb等，以实现材料的强化。

本文旨在探讨B、Nb等微合金化元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果及其作用机理。

二、微合金化元素概述B、Nb等微合金化元素的添加可以有效改善超级奥氏体不锈钢的性能。

这些元素能够与基体形成固溶强化相，从而增加材料的强度和硬度。

此外，它们还能与基体中的其他元素形成化合物，提高材料的耐腐蚀性和高温性能。

三、B元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果B元素具有较小的原子半径，能够有效地固溶到基体中，从而起到固溶强化的作用。

此外，B还能与基体中的其他元素如Mo、W等形成硼化物相，这些硼化物相具有较高的硬度和稳定性，能够进一步提高材料的强度和耐腐蚀性。

四、Nb元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果Nb元素的加入可以促进形成复杂的氮化物相，这些氮化物相可以进一步阻止材料中的滑移现象，从而提高材料的强度和硬度。

此外，Nb元素还能与基体中的其他元素形成稳定的固溶体，提高材料的耐腐蚀性和高温性能。

五、强化机制分析（一）固溶强化机制：B、Nb等微合金化元素能够有效地固溶到基体中，通过改变基体的晶体结构、晶格常数和内应力等参数，从而提高材料的强度和硬度。

（二）沉淀强化机制：B、Nb等元素与基体中的其他元素形成的化合物或氮化物相，具有较高的硬度和稳定性，可以有效地阻碍材料中的滑移现象，从而提高材料的强度和耐腐蚀性。

（三）晶界强化机制：微合金化元素的添加可以改善晶界结构，减少晶界处的缺陷和杂质，从而提高材料的整体性能。

六、实验研究及结果分析通过对添加不同含量B、Nb等微合金化元素的超级奥氏体不锈钢进行实验研究，发现这些元素的添加能够有效提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性。

同时，我们还发现不同微合金化元素的添加对材料性能的影响程度存在差异。

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。

nb,v,ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响NB-V-TI微合金元素是连铸坯表面质量的关键因素，其在调节坯表分布性及坯表缺陷有着至关重要的作用。

NB,V,Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响连铸坯是在钢铁冶炼工艺中十分重要的环节，在铸件的成形过程中，表面质量的好坏直接影响到之后的熔炼、外形、尺寸等性能指标的保证。

近年来，NB、V、Ti等合金元素在连铸坯表面质量方面的影响也逐渐受到人们的重视。

下面就NB,V,Ti微合金元素对连铸坯表面质量的影响进行简要介绍。

一、NB对连铸坯表面质量的影响1、降低连铸坯表面温度Nb可以有效抑制连铸坯表面的热膨胀，可以降低连铸坯表面的温度，提高表面的稳定性，从而显著降低连铸坯表面的黏性和吸收煤灰的能力，抑制渗漏，提高连铸坯表面质量。

2、抑制氧化Nb能够抑制核物理反应，改善液化熔融体系，有效抑制核物理反应，可以有效抑制连铸坯表面的氧化，减少氧化物的生成，较好地控制表面氧化形貌，有助于改善连铸坯表面质量。

二、V对连铸坯表面质量的影响1、影响连铸坯表面细节V对于连铸坯表面细节有着极大的影响，能够改善连铸坯表面的均匀性，使连铸表面的细节均匀一致，有利于改善最终成型铸件的外形和尺寸。

2、提高表面硬度V可以提高连铸坯表面的硬度，减少外加压力对表面的影响，进而抑制表面的磨损，改善连铸表面的质量。

三、Ti对连铸坯表面质量的影响1、改善表面结构Ti可以改善连铸坯表面的结构，进而改善喷浆膨胀性，降低表面的温度，减少表面黏度，有助于改善连铸坯表面的质量。

2、抑制气孔比Ti是一种非常活跃的金属，可以有效抑制气孔比，进而改善表面的外观质量，有助于改善连铸坯表面质量。

综上所述，NB，V，Ti微合金元素在连铸坯表面质量方面有着重要的影响，能够改善连铸坯表面的温度、细节、外观以及磨损等性能指标，保证连铸坯的表面质量。

因此，在实际生产过程中应充分考虑NB，V，Ti微合金元素，为后续成形工序提供高质量、满足外形及尺寸要求的连铸坯。

连铸过程含 Nb 、 V 、 Ti 微合金化钢中碳、氮化物析出及钢的延塑性能降低1采用控轧控冷工艺,轧制过程含铌、钒、钛微合金化钢中析出的微细 NbN 、Nb(C,N、 VN 、 V(C,N、 TiN 等能够细化钢的组织,并对钢起到沉淀强化的作用,得到较高强度、较好韧性的钢材。

因此,含铌、钒、钛微合金化钢在管线钢、大跨度重载桥梁、高压容器钢板、海洋设施用钢等方面得到了广泛的应用。

一、前言2析出物粒子大小、粒子间距与钢板废品率的关系4二、碳、氮化物析出热力学分析铌、钒、钛均为与氮或碳有较强亲和力的元素 , 在钢凝固冷却过程,铌、钒、钛与钢中的氮或碳反应生成相应的氮化物、碳化物。

因为生成氮化物和碳化物的反应经常同时进行 , 生成的二元氮化物、碳化物又均为 NaCl 型晶格结构 , 它们之间可以相互溶解 , 形成 Nb(C,N、 V(C,N等碳氮化物或更多元复合化合物。

1418假定钢中 [Al]、 [Nb]、 [V]含量均为 0.02%, [N] 含量为 0.005%,钢中析出物活度为 1, 则平衡条件下各析出物开始析出的温度分别为:AlN:1059℃ NbN:1029℃ NbC 0.7:1032℃ NbC 0.7N 0.2:1081℃ VN :882℃ VC 0.7:678℃三、静态析出、动态析出和形变诱导析出静态析出 :无形变、无应力作用条件下发生的析出, 静态析出一般需要较长的时间;动态析出 :在形变的同时发生的析出 ;形变诱导析出 :形变停止后立即开始的析出物的析出。

在有形变发生的情况下 , 晶格产生扭曲 , 为析出提供了成核的地点 ,因而大大加快了析出过程。

223539900℃保温 2分钟后拉伸试样中观察到的微细析出物 , 尺寸约为 10nm 左右 , 有球形和立方形两种。

由于尺寸太小 , 无法用 EDAX 打出成分 , 根据形貌判断其为以含铌为主的析出物。

40含铌、钒、钛微合金化钢根据高温延塑性能变化规律可分为以下类型 :1 低碳([C]≤0.10%含铌钢 ;2 高碳([C]≥0.12%含铌钢 ;3 低碳含较高铌、钒钢 ;4 低碳含钒钢。

第４７卷第５期２０２１年１０月包　钢　科　技ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＶｏｌ．４７，Ｎｏ．５Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０２１９６０ＭＰａ级高强度重型机械用钢板的试制李　浩，柳　婕，隋　鑫，张　军（内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板厂，内蒙古包头　０１４０１０）摘　要：文章介绍了包钢薄板厂试制９６０ＭＰａ级重型机械用钢板化学成分设计及冶炼、连铸、轧制及热处理工艺，并对试制钢板进行了组织和性能检测，结果表明：该产品钢质纯净，夹杂物含量低，低温韧性及强度匹配良好，可焊接性能与国内同类产品比肩。

关键词：高强钢；重型机械；显微组织中图分类号：ＴＧ３３５ ５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－５４３８（２０２１）０５－００４５－０５ＴｒｉａｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ９６０ＭＰａＧｒａｄｅＨｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌＰｌａｔｅｆｏｒＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＬｉＨａｏ，ＬｉｕＪｉｅ，ＳｕｉＸｉｎ，ＺｈａｎｇＪｕｎ（ＣＳＰＰｌａｎｔｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＵｎｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｓｗｅｌｌａｓｓｍｅｌｔｉｎｇ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ，ｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｆｏｒｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｅｄ９６０ＭＰａｇｒａｄｅｈｅａｖｙｍａｃｈｉｎｅｒｙｂｙＣＳＰＰｌａｎｔｏｆＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｒｅｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｉｓｐｕｒｅ，ｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｃｏｎ ｔｅｎｔｉｓｌｏｗ，ｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｇｏｏｄａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙｃａｎｂｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｌｉｋｅｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎＣｈｉｎａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ；ｈｅａｖｙｍａｃｈｉｎｅｒｙ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 随着中国制造业的飞速发展，对起重机、矿山机械、挖掘机、载重汽车、推土机等重型机械的需求日渐增大，对其性能的要求也日渐提高。

连铸坯缺陷及预防措施1、方坯晶间裂纹、根源☐Cu 、Ni、Sn、Nb 与Al等元素的影响；☐铸机表面凹限，即使轻微凹限也会引起裂纹；☐保护渣不合适；☐结晶器液面波动严重；☐菱变严重；☐结晶器锥度太小；措施减少杂质元素含量；导致晶间裂纹的最主要原因是粗大晶粒结构以及沿晶粒边界的沉析，所以防止其产生的主要措施是在结晶器初始凝固阶段得以形成细小而均匀的结构；防止产生凹馅；用多水口代替直水口；2、气泡及针孔铸坯皮下通气孔称为针孔，而皮下闭气孔称为气泡根源☐脱氧不好，氢、氮含量高；☐润滑过度，油中含水；☐保护渣中含水；☐中间塞棒吹氩过度；结晶器波动措施☐有效地脱氧；☐注流及钢液面进行有效保护；☐加热润滑油及保护渣；☐采用EMS可有效减少针孔与铸坯表面皮下气泡的数量；☐减少结晶器液面波动3、铸坯表面夹渣根源☐钢水脱氧不够；☐钢水中氧化铝含量高，SiO2、MnO与FeO含量低（铝镇静钢）；☐耐火材料质量差；结晶器喂铝线；☐中包水口及结晶器中形成的块渣进入钢水。

措施☐采用无渣出钢；☐对钢水进行有效脱氧，采用保护浇注；☐中间包碱性覆盖剂；☐加深中包，增大中包钢液深度；☐中包采用挡堰；☐采用能快速吸收钢水夹杂的保护渣（高碱度）；☐加大保护渣的用量；☐减少结晶器液面波动，水口侵入深度必须100-150mm4、横向裂纹横向裂纹通常出现在角部，但中部区域也会出现，横向裂纹一般出现在振痕的底部。

1、因热脆而形成的表面裂纹☐C含量0.17-0.25%；☐S含量高；☐随合金元素含量增加，如：Al、Nb、V 及大于1%Mn，裂纹数量增加；☐Al、Nb、N及C沉析于晶粒表面；☐二冷区冷却不挡导致晶粒粗大；☐二冷区支撑辊对中不好；☐保护渣选择不当；☐负滑脱时间过长。

2、横向角部裂纹角部冷却过度；☐结晶器冷却不当；☐结晶器和支撑辊对中不好；☐矫直温度过低；☐高如：Al、Nb、V 及大于1%Mn含量钢水非常敏感，加入钛能有效降低裂纹的程度；☐二冷区冷却不均或冷却过度；☐保护渣不合适；☐铜管弯月面区域变形过大；☐钢水温度过低；☐结晶器锥度过大。