含铌微合金钢碳氮化物析出行为研究的现状及发展

《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，在石油、化工、海洋工程等众多领域得到了广泛应用。

为了提高其综合性能，研究者们通过添加微合金化元素如B、Nb 等，以进一步增强其机械性能和耐腐蚀性。

本文将针对B、Nb等微合金化元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果进行理论研究。

二、微合金化元素的种类及其作用机制1. 硼（B）元素：硼元素在钢中主要起到固溶强化和细化晶粒的作用。

它能有效地提高钢的强度和韧性，同时还能改善钢的焊接性能。

2. 铌（Nb）元素：铌元素在钢中可以形成稳定的碳氮化合物，有效减少钢中的碳化物析出，提高钢的抗晶间腐蚀性能。

此外，铌还能细化晶粒，提高钢的强度和韧性。

三、B、Nb元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果1. 固溶强化：B、Nb等微合金化元素的固溶强化作用，可以显著提高超级奥氏体不锈钢的强度和硬度。

这些元素在钢中形成固溶体，阻碍位错运动，从而提高材料的力学性能。

2. 晶粒细化：B、Nb元素能够细化钢的晶粒，使钢的力学性能得到进一步提高。

晶粒细化可以增加单位体积内的晶界数量，从而提高材料的强度和韧性。

3. 提高耐腐蚀性：B、Nb元素的添加可以改善超级奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。

例如，铌可以稳定钢中的奥氏体结构，提高钢的抗晶间腐蚀性能；硼则可以提高钢的耐点蚀和耐应力腐蚀性能。

四、理论分析根据合金强化理论，微合金化元素的添加可以通过固溶强化、沉淀强化和细晶强化等多种机制提高钢材的性能。

在超级奥氏体不锈钢中，B、Nb等微合金化元素的强化效果主要体现在固溶强化和细晶强化两个方面。

这些元素在钢中形成稳定的固溶体，阻碍位错运动，从而提高材料的强度和硬度；同时，它们还能细化晶粒，使钢的力学性能得到进一步提高。

五、结论通过对B、Nb等微合金化元素在超级奥氏体不锈钢中的强化效果进行理论研究，我们可以得出以下结论：1. B、Nb等微合金化元素的添加可以显著提高超级奥氏体不锈钢的强度、硬度和耐腐蚀性能。

工具钢中铌的作用及应用摘要许多材料被开发用做工具。

但是，工具钢仍旧是主要工具材料。

无论传统的凭经验开发的牌号以及新的牌号都正在用特殊的加工或用新的冶金原理，即微合金元化来改进以优化性能。

铌（钶），一种碳化物形成元素，在此领域是新手，正逐步找到进入一系列工具钢的途径。

在综述铌在工具钢中作用之后，着重谈了铌合金化工具钢若干应用实例及开发工作。

前言铁的最早技术应用是工具，这可以从早期铁器时代的发现中看到（公元前750到450年Hallstadt时期）。

还在那个时候，铁已经用熔融方法制造，而且采用了硬化热处理。

Caius Plinius Secundus(公元23至79年)在他的“Naturalis Historica”一书中描述铁时这样写道：“这对于人类既是最好的也是最坏的工具”，用以强调它在日常生活及战争中的大量应用。

在最近2500年中，对工具提出了许多新的要求，所以许多不同的工具钢被开发出来，其中大部分靠经验。

实际上这被称作工具钢的钢类仅占钢产量的1%（1），但是其重要性却要大得多，因为几乎我们日常生活所有物品都是用工具制造出来的。

许多工具钢的钢种也可用在其他用途，反过来也是这样。

所共同的是它们用作工具；针对不同用途的各种要求，已知许多成分。

通常，工具钢靠多种元素来满足这些要求。

其中有碳化物形成元素铬、钼、钨和钒。

所以粗看起来令人奇怪的是在周期表中位于邻居的铌在工具钢中用得很少。

其原因可能是大多数钢种靠经验开发，以及铌只有在60年代于巴西和加拿大开发了烧绿石矿藏后才大量及廉价供应。

铌在工具钢中的作用·微合金化钢中用铌的基本考虑是它形成非常稳定的碳化物，促进结构钢中作为强化机制的晶粒细化和析出强化。

如此作用的添加量通常在0.01％到0.20%，因此被称为“微合金化”。

可是，在通常采用淬火硬化的工具钢中，NbC的这种作用的意义不大。

为了获得适当的马氏体硬度，工具钢往往具有中到高碳含量。

图1（2）表明上述碳含量范围钢的碳化物在奥氏体中的溶解度积。

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 SteelsMENG Fanmao(Expert Committee of CITIC Microalloy Technology Center)Abstract This paper discusses Niobium application in sp ecial steels and introduces the metallurgical characteristics of Nb, V, and Ti and related application theories. It also voices the i mportance of Nb in the aspects of product mix adjustment and proper ty 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。

CSP工艺轧制管线钢中铌的析出特性及对微观组织的影响李扬1，刘雅政1，何建中1 , 2，刘李斌1，常大勇11北京科技大学材料科学与工程学院2包钢集团技术中心E-mail：liyang_pk@摘要：本试验对含铌X60管线钢的析出粒子的结构、形貌、分布及析出条件进行了研究，分析了铌的碳氮化物在CSP热轧工艺过程中的析出特征及其对组织性能的影响。

得出在含铌X60管线钢中，由于微合金元素的加入，从几个方面抑制了晶粒的长大，并成为微合金钢中最重要的晶粒细化方法之一。

关键词：CSP 铌析出微观组织薄板坯连铸连轧技术作为20世纪以来世界钢铁工业最新技术之一，它以建设少投入、运行低成本、经营高效益等特点引起国内外的广泛关注与参与。

如何利用CSP技术生产高质量、高性能的微合金化管线钢成为普遍关注的问题[1]。

微合金元素所具有的重要特性之一，就是在一定的加热温度下可以固溶，而在热加工和冷却过程中，随着温度的降低又能以碳氮化物的形式析出。

含铌微合金钢的性能与其二相粒子的析出状态密切相关，当第二相粒子细小、均匀、弥散析出时能够改善钢的组织性能[2]。

本实验对CSP工艺下含铌X60管线钢析出粒子的结构、形貌、分布及析出条件进行了研究，分析了铌析出物在热轧过程中的特性及其对微观组织的影响。

1 试验材料与试验方法1.1 试验材料实验用钢是包钢CSP线生产的X60管线用钢。

实验方法是在连轧通钢时停机，利用机架间冷却水和轧辊冷却水对轧件进行淬水处理以尽可能保留原始奥氏体的形貌。

X60管线钢的化学成分及轧制工艺参数，分别如表1和表2所示。

在轧卡件上沿轧制方向在各道次变形后的部位分别截取试样，取样位置如图1所示。

表1 X60管线钢主要化学成分（wt％）Table 1 Primary composition of X60 pipeline steel (wt%)C Si Mn P S Nb0.06～0.08 0.26～0.331.24～1.400.008～0.0150.003～0.0120.020～0.055图1 轧卡取样部位示意图Figure 1 Schematic diagram of sampling location1本课题得到中信-CBMM铌钢研究与开发项目 (2003RMJS-KY003) 的资助。

钢中碳化物的相间析出通常，对于工业用钢，碳化物的弥散硬化和二次硬化的利用，都是在调质状态下实现的。

但是，在控制轧制条件下使用的非调质高强度钢中，人们却利用添加少量Nb、V等强碳化物形成元素，有效地提高了钢的强度。

之所以如此，是由于钢在冷却过程中从奥氏体中析出了细小的特殊碳（氮）化物。

透射电子显微镜观察表明，这种化合物的直径约为50Å，而且比较规则的一个面接一个面的排列分布。

后来研究又发现，这种碳（氮）化物是在奥氏体-铁素体相界面上形成的，因此将这种转变称为“相间析出”（interphas precipitation）。

相间析出的结果也是由过冷奥氏体转变为铁素体与碳化物的机械混合物。

由于这种转变发生在珠光体与贝氏体形成温度之间，因而研究这种转变，不仅对非调质钢的强化有实际价值，而且对搞清珠光体和贝氏体转变机理也有一定意义。

（一）相间析出产物的形态和性能含有强碳（氮）化物形成元素的低碳合金钢的奥氏体，在冷却过程中有可能首先发生碳（氮）化物的析出，因为析出是在奥氏体与铁素体相界面上发生的，所以把这一过程称为相间析出。

1、组织形态钢中的相间析出的转变产物，其显微组织在低倍的光学显微镜下，相间析形成的铁素体与先共析铁素体相似呈块状。

而在高倍的电子显微镜下，可以观察到铁素体中有呈带状分布的微粒碳（氮）化物存在，这是相间析的组织形态特征。

这种组织与珠光体相似，也是由铁素体与碳化物组成的机械混合物，而碳化物不是片状，而是细小粒状的，分布在有一定间距的平行的平面上，因此也称为“变态珠光体”（degenerate pearlite）。

分布有微粒碳化物的平面彼此之间的距离称为“面间距离”。

随着等温转变温度的降低或冷却速度的增大，析出的碳化物颗粒变细，面间距离减小。

另外，钢中的化学成分不同对碳化物的颗粒直径的面间距离也有一定的影响，通常含特殊碳化物元素越多，形成碳化物颗粒越细，面间距离越小。

在相同转变温度下，随着钢碳含量增高，析出碳化物的数量增多，面间距离也有所减小。

《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。

Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一种重要的工程结构材料，具有优异的力学性能和良好的加工性能，广泛应用于航空、汽车、机械制造等领域。

其中，铌（Nb）元素的添加对钢的组织细化和强韧化作用尤为显著。

本文将重点探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。

二、Nb元素在钢中的作用机制1. 细化晶粒Nb元素在钢中能够与C、N等元素形成稳定的化合物，这些化合物在钢的凝固过程中作为非均质形核的核心，从而有效地细化晶粒。

此外，Nb还能抑制晶界处的元素偏析，进一步促进晶粒的细化。

2. 强化相的形成Nb的加入可以与钢中的其他合金元素形成复杂的金属间化合物，这些化合物具有较高的硬度和强度，能够有效地提高钢的力学性能。

同时，这些化合物还可以作为析出强化相，在钢的回火过程中析出，进一步提高钢的强度和韧性。

三、Nb元素对中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢的组织细化作用1. 改善热处理工艺Nb元素的加入可以改善钢的热处理工艺，使钢在热处理过程中晶粒更加均匀、细小。

这主要是因为Nb元素能够降低钢的临界淬火温度，使钢在淬火过程中更容易获得细小的晶粒组织。

2. 促进动态再结晶在热加工过程中，Nb元素可以促进动态再结晶的发生，使钢在热变形过程中晶粒得到进一步细化。

这有利于提高钢的力学性能和加工性能。

四、Nb元素对中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢的强韧化作用1. 提高韧性Nb元素的加入可以显著提高钢的韧性。

这主要是因为Nb能够与C、N等元素形成稳定的化合物，减少钢中的夹杂物和微孔洞等缺陷，从而提高钢的韧性。

此外，Nb还能促进钢中析出强化相的形成，进一步提高钢的韧性。

2. 增强强度由于Nb可以与钢中的其他合金元素形成高硬度的金属间化合物，因此能够显著提高钢的强度。

同时，这些化合物在回火过程中析出，进一步增强钢的强度。

铌元素对超低碳IF钢性能的影响超低碳IF钢也即“无间隙原子钢”，自20世纪80年代以来，已成为国际上汽车板领域研究与生产的热点，以IF钢为代表的三代汽车板生产水平已成为一个国家钢铁发展水平的标志。

普通IF钢都是通过合适的化学成分配比与生产控制工艺来达到所需要的性能，具体表现在以下几个方面：极低的屈服强度、高的伸长率、高的塑性应变比(r值)、高的应变硬化指数(n值)、无时效性和适合连续退火线生产。

大量的研究表明，IF钢中的碳、氮含量和微合金元素钛、铌含量对钢的性能有着至关重要的影响。

先进的炼钢工艺可把钢中的碳、氮含量降低到0.003%以下，在碳、氮含量很低的前提下，钛、铌添加能有效地提高薄钢板的深冲性能，这是因为钛、铌与碳、氮结合成碳氮化合物，以第二相粒子的形式析出，使钢成为无间隙原子状态，这也是IF钢的原理所在。

根据微合金元素的不同，IF钢被分为三种：Ti-IF钢、Nb-IF钢和Ti+Nb-IF钢。

本文即通过连续退火试验和相关检验测试来比较Ti+Nb-IF钢与Ti-IF钢的性能，找出含Nb对超低碳IF钢性能的影响，分析其影响规律与机理。

分别取两种冷轧后未经退火的冷硬卷超低碳IF钢试样，厚0.7mm，热轧终轧温度均为930℃，热轧卷取温度为720℃，冷轧压下率为80%。

两个钢种的化学成分如表1所示。

表1 两钢种的化学成分(质量分数,%)钢种类别C Si Mn P S Als Ti Nb NTi-IF钢0.00150.0070.1520.0120.00840.040.0720.0020.0025Ti+Nb-IF0.00120.0060.1360.0120.00680.0290.0440.0250.0017钢退火温度是影响超低碳IF钢最终性能的关键参数之一。

对两种实验钢进行不同温度下的连续退火模拟试验。

退火试验的温度为760～860℃，每间隔20℃进行一次退火试验，对于每一个钢种而言，每一温度分别取纵向、横向和45°方向的试样各做一次。

《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。

Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一种重要的工程结构材料，因其高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能而得到广泛应用。

在Cr-Mo-V-Nb调质钢中，Nb元素作为微合金元素，对于组织细化和强韧化作用具有重要意义。

本文将详细探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。

二、Nb元素在钢中的作用机制Nb元素在钢中主要通过固溶强化和析出强化两种方式发挥作用。

固溶强化主要是在高温冶炼过程中，Nb元素以固溶态存在于钢的基体中，提高钢的强度和硬度。

而析出强化则是在钢的冷却过程中，Nb元素会以细小颗粒的形式从基体中析出，对晶界起到良好的强化作用。

三、组织细化作用1. Nb的细化晶粒效应：Nb元素在钢中可以有效地细化晶粒，使钢的微观组织更加均匀。

这是因为Nb元素的加入会抑制晶界的迁移，阻碍晶粒的长大，从而在轧制和淬火过程中形成更加细小的晶粒。

2. 促进形核：在钢的凝固过程中，Nb元素可以促进形核，增加形核数量，从而细化晶粒。

此外，Nb元素还可以提高钢的再结晶温度，使再结晶过程变得更加困难，进一步细化晶粒。

四、强韧化作用1. 提高强度和硬度：由于固溶强化和析出强化的作用，Nb元素的加入可以显著提高钢的强度和硬度。

这使得Cr-Mo-V-Nb调质钢在承受载荷时具有更好的抗变形能力。

2. 改善韧性：尽管Nb元素的加入提高了钢的强度和硬度，但同时也改善了钢的韧性。

这是因为细小的Nb颗粒可以有效地阻碍裂纹的扩展，提高钢的断裂韧性。

此外，Nb元素还可以改善钢的层错能，使钢在受到冲击时具有更好的能量吸收能力。

3. 抗疲劳性能：由于Nb元素的加入使钢的组织更加均匀和细小，因此Cr-Mo-V-Nb调质钢具有优异的抗疲劳性能。

这使得钢在循环载荷作用下具有更好的耐久性。

五、结论综上所述，Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中具有显著的组织细化和强韧化作用。

奥氏体中碳化铌析出相的析出动力学1. 碳化铌析出相的概念和特性碳化铌析出相是指在奥氏体中，由碳和铌元素形成的析出相，其具有高硬度、高熔点、高融化温度和耐高温性能等特点。

这种析出相在钢材中起到了强化作用，能够提高钢材的强度和硬度，改善钢材的耐磨性和耐腐蚀性能。

2. 碳化铌析出相的析出动力学过程碳化铌析出相的析出动力学过程是指在固溶态中，碳和铌元素在适当的温度条件下形成析出相的过程。

在合金中，通过固溶处理或热处理使溶质在晶体间扩散并析出时，就形成了析出相。

对于碳化铌析出相的析出动力学研究，主要包括了析出相的析出速率、析出相的粒度和析出相的形貌等方面的研究。

3. 影响碳化铌析出相析出动力学的因素碳化铌析出相的析出动力学受到许多因素的影响。

温度是影响析出相析出速率的重要因素，温度升高有利于析出相的析出。

合金成分的含量和比例也对析出相的析出速率起着重要的影响，碳和铌元素的含量以及合金的化学成分都会直接影响到析出相的析出动力学。

合金的固溶处理时间和冷却速度也会对析出相的形貌和粒度产生影响。

4. 碳化铌析出相的析出动力学研究方法针对碳化铌析出相的析出动力学研究，目前主要采用了实验方法和理论模拟方法。

在实验方面，可以通过差示扫描量热法、电子探针分析、透射电子显微镜观察和X射线衍射分析等手段对析出相的形貌和粒度进行研究。

而在理论模拟方面，可以采用扩散方程和固相反应动力学方程等模型，对析出相的析出速率和形貌进行数值模拟和计算。

5. 碳化铌析出相的应用前景碳化铌析出相作为一种强化相，具有良好的硬度和耐磨性能，在航空航天、汽车制造、机械工程、化工等领域都有着广泛的应用前景。

通过对碳化铌析出相的析出动力学进行深入研究，可以更好地了解其在合金中的形成与演化规律，为合金设计和应用提供重要的理论依据。

6. 结语碳化铌析出相的析出动力学研究是目前材料科学与工程领域的热点研究方向之一，对其进行深入探讨，不仅有助于提高合金的性能和品质，还对材料制备技术和新材料的开发具有重要的意义。