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2011年10月物理测试增刊冷却速度对钒微合金钢的组织和析出相的影响马家艳, 张贤忠, 关 云, 黄海娥, 韩荣东, 邓照军（武汉钢铁（集团）研究院，湖北武汉 430080）摘要：采用光学显微镜和透射电镜研究了不同冷却速度下钒微合金钢的微观组织和析出相变化规律。
结果表明：当冷却速度小于或等于5 ℃/s时，钢的组织均为铁素体+珠光体，且随着冷却速度的增加，铁素体的晶粒尺寸明显变细。
当冷却速度达到10 ℃/s时，钢的组织变为马氏体+少量铁素体。
透射电镜研究显示：平衡态时析出相包含大量弥散分布的尺寸主要为45~100 nm的不规则形V (C, N)相和(V, Ti) (C, N)复合相，当冷却速度小于或等于5 ℃/s时，析出相数量无明显改变，但颗粒尺寸随冷却速度的增加不断减小；但当冷速达到10 ℃/s时，析出相的数量显著下降，尺寸变小。
对含钒微合金钢而言，调整适当的冷却速度，不仅可以细化铁素体晶粒，还可以提高析出强化效果，从而提高钢材的强韧性。
关键词：冷却速度；组织；析出相；钒微合金钢Influence of Cooling Rate on the Microstructure andPrecipitates of Vanadium Microalloyed SteelMA Jia-yan, ZHANG Xian-zhong, Guan Yun,HUANG Hai-e, HAN Rong-dong, DENG Zhao-jun(Research and Development Center of Wuhan Iron and Steel (Group)Co, Wuhan 430080, Hubei, China)Abstract: The variation rules of microstructure and precipitates in vanadium microalloyed steel under different cooling rates were investigated by optical microscope (OM) and transmission electron microscope (TEM). The results showed that when cooling rate was less than or equal to 5℃/s, the microstructures of the tested steel were all composed of ferrite and pearlite, and the grain size of ferrite descended obviously with the increase of cooling rate; When cooling rate reached to 10℃/s, the microstructure was made up of martensite and ferrite. TEM results appeared that the precipitates included a large amount of 45~100nm dispersion distribution irregular V (C, N) and (V, Ti) (C, N) phases in equilibrium state; When cooling rate was less than or equal to 5℃/s, there was almost no change in value, however, the particle size decreased gradually with the increase of cooling rate. But, the number of precipitates decreased significantly when cooling rate reached to 10℃/s. The above results indicate that a suitable cooling rate may not only refine grain size of ferrite but also improve precipitation strength effect, and further improve the properties of the vanadium microalloyed steel.Key words: cooling rate; microstructure; precipitates; vanadium microalloyed steel1 引言Nb，V和Ti 作为微合金元素通常被加入钢中，并与控轧控冷工艺相结合，通过细化晶粒和第二相弥散析出而实现钢的强韧化[1]。
高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。
高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。
下面分析影响高速钢刀具淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。
1 高速钢原材料的冶金缺陷高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。
一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。
钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。
碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。
共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。
钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。
高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。
大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。
预防措施为：①选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；③对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。
2 高速钢过热、过烧组织高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显着粗化，合金碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显着降低晶间结合力和钢的强韧性。
钢结构的微观结构与材料硬度分析引言钢是一种重要的结构材料，广泛应用于建筑、桥梁、汽车制造等领域。
钢的性能与其微观结构密切相关。
本文将探讨钢结构的微观组织形态、组成成分以及与材料硬度之间的关系。
钢的组织形态钢的组织形态主要包括铁素体、珠光体和渗碳体。
铁素体是一种延续性的结构，由面心立方的铁原子组成。
珠光体是钢中的第二种组织形态，呈球状晶体结构。
渗碳体是石墨和铁素体的混合物，使钢具有很高的硬度。
钢的组织形态与冷却速率密切相关。
快速冷却会导致组织形态转变为马氏体，这是一种带有龙骨状结构的硬质组织。
而慢速冷却则有助于珠光体和渗碳体的形成，使钢具有较好的塑性和韧性。
钢的组成成分钢主要由铁和碳组成，其它元素如锰、硅、钛等也常常存在于钢中。
碳是钢中最重要的合金元素，对钢的硬度有重要影响。
碳含量较低的钢通常具有较低的硬度，而碳含量较高的钢则具有较高的硬度。
同时，合金元素的添加也会对钢的硬度产生影响。
除了碳含量和合金元素，钢材的热处理也是影响硬度的重要因素。
热处理可以改变钢的晶体结构和组织形态，从而影响钢的硬度和力学性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火等。
钢的硬度分析钢的硬度是衡量其抗划伤能力的重要指标。
硬度测试方法包括洛氏硬度、维氏硬度和布氏硬度等。
这些测试方法通过对钢材表面进行压痕测量，来评估钢的硬度。
硬度值越高，钢的抗划伤能力越强。
钢的硬度与其组织形态和成分密切相关。
通常情况下，钢中含有大量的碳和合金元素，会使钢的硬度增加。
而在热处理过程中，快速冷却会导致马氏体的形成，使钢的硬度进一步增加。
钢结构的微观结构和材料硬度之间存在着紧密的关系。
钢的组织形态、碳含量和合金元素的添加以及热处理等因素都会对钢的硬度产生影响。
钢的硬度是其抗划伤能力的重要指标，对于钢材的性能评估和应用具有重要意义。
钢结构的微观结构与材料硬度的分析对于钢材的优化设计和制造具有指导作用。
通过控制钢材的组织形态和成分，可以实现不同硬度级别的钢材。
w2高速钢化学成分一、W2高速钢概述W2高速钢是一种常用的工具钢，具有优异的切削性能和热稳定性。
在工业领域中广泛应用于刀具、冲模和切削工具等方面。
了解W2高速钢的化学成分对于了解其性能和应用具有重要意义。
二、W2高速钢的主要化学成分W2高速钢主要由以下几个元素组成：1. Tungsten（钨）钨是W2高速钢的主要合金元素之一，其含量通常在17%至21%之间。
钨的加入可以提高钢材的硬度和耐磨性，使其适用于高速切削和加工。
2. Carbon（碳）碳是W2高速钢的另一个重要成分，其含量通常在0.6%至1.2%之间。
碳的加入可以增加钢材的硬度和耐磨性，提高切削性能和刀具寿命。
3. Chromium（铬）铬是W2高速钢中的合金元素之一，其含量通常在3%至5%之间。
铬的加入可以提高钢材的耐腐蚀性和抗热软化性能，同时也有助于提高切削性能。
4. Vanadium（钒）钒是W2高速钢的重要合金元素之一，其含量通常在0.5%至3%之间。
钒的加入可以提高钢材的硬度、强度和耐磨性，同时还可以提高刀具的耐冲击性能。
5. Molybdenum（钼）钼是W2高速钢中的合金元素之一，其含量通常在1%至2.5%之间。
钼的加入可以提高钢材的热稳定性和耐磨性，使其在高温环境下表现出色。
6. Other Elements（其他元素）除了上述主要元素外，W2高速钢中还可能含有少量的其他合金元素，如锰、硅、磷等。
这些元素的加入可以对钢材的性能进行微调，以满足特定的应用需求。
三、W2高速钢的特性与应用W2高速钢具有以下几个主要特性：1. 高硬度由于钨、碳、钒等合金元素的加入，W2高速钢具有较高的硬度，可以用于切削和加工各种硬质材料。
2. 良好的耐磨性W2高速钢的合金成分使其具有出色的耐磨性，可以有效延长刀具的使用寿命。
3. 优异的切削性能W2高速钢在高速切削过程中具有较低的摩擦系数和较低的热膨胀系数，能够提供稳定的切削性能。
4. 良好的热稳定性W2高速钢的合金成分使其具有良好的热稳定性，能够在高温环境下仍然保持较好的硬度和强度。
M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律研究作为高速钢的代表钢种,M42高速钢具有着优异的力学性能并广泛的应用于制造各种难加工工件、切削工具和高载荷模具。
淬火后的M42高速钢马氏体含量可达到基体总量的20wt%以上,钼、铬、钒等合金元素也可与钢中的碳形成大量的碳化物,这些因素都促使M42高速钢的硬度显著提高,特别是在高温下也可保持很高的硬度。
然而,钢中碳化物尺寸大、分布不均匀等问题会严重降低钢的塑性,制约了它的发展与应用。
本文对M42高速钢在电渣重熔和后续热处理过程进行研究,分析高速钢铸态组织碳化物析出机理及碳化物在加热过程中的分解与转变,同时研究了热处理条件的变化对高速钢微观结构和力学性能的影响,并探讨了氮含量对M42高速钢中碳化物及微观结构的影响。
对高速钢质量提升和力学性能改善研究具有重要的科学意义。
本课题以传统的电渣重熔法冶炼超硬高速钢获得最初铸锭为起点开始研究,通过thermo-calc 软件计算高速钢凝固冷却过程中各相在平衡态和非平衡态条件下的析出温度,利用扫描电镜分析重熔锭微观结构,得出铸态的M42高速钢碳化物主要呈层片状和纤维状沿晶界析出且连成网状。
由于电渣锭芯部冷却速率较慢,偏析情况比边部严重,表现为枝晶间距和碳化物的平均尺寸均大于边部。
电渣锭中的碳化物类型主要为富Mo的M2C亚稳态碳化物和富V的MC型碳化物。
利用电解萃取法、图像分析和透射电镜分析了锻造退火后M42高速钢碳化物的分解情况。
结果表明锻造退火后网状碳化物得以破碎与分解,形态以方形、不规则球形和小颗粒为主,碳化物尺寸在20μm以内。
碳化物的类型以小型含Cr、V和Mo的复合碳化物为主,包括富Cr的M7C3,富V的MC和Fe2Mo4C。
采用高温共聚焦扫描激光显微镜对高速钢淬火升温和冷却过程组织变化进行原位观察,并分析冷却速率对微观结构的影响。
并研究了奥氏体化温度和保温时间对碳化物的影响。
结果表明,淬火后的组织主要是马氏体、残余奥氏体和碳化物。
RWL34高速钢的成分及其特性
RWL34是一种优质的高速钢，以其独特的成分和卓越的性能在多个工业领域得到广泛应用。
这种钢材的制造过程中，经过精心选择的元素组合，为其带来了出色的物理和化学特性。
成分分析：
碳（C）：碳是钢材中的主要硬化元素，为RWL34提供了出色的硬度和耐磨性。
铬（Cr）：铬元素增强了钢材的耐腐蚀性和抗氧化性，使其在高温下仍能保持稳定的性能。
钼（Mo）：钼的加入进一步提高了钢材的硬度和耐磨性，尤其是在高温环境下。
钴（Co）：钴是RWL34中的一个重要元素，它显著提高了钢材的韧性和耐热性，使得钢材在极端工作条件下仍能保持良好的性能。
钒（V）：钒的加入有助于细化钢材的晶粒结构，提高其强度和韧性。
此外，氮（N）和硅（Si）等微量元素也为RWL34的性能提供了额外的增强。
氮通过细化晶粒和提高硬度来增强钢材的耐磨性，而硅则有助于提高钢材的强度和耐腐蚀性。
特性与应用：
RWL34高速钢以其高硬度、良好的耐磨性、出色的韧性和卓越的耐腐蚀性，在冷作模具领域具有广泛的应用。
无论是冲模、剪切模还是弯曲模，RWL34都能提供卓越的性能和稳定的使用寿命。
此外，由于其高热稳定性和优良的切削性能，RWL34还广泛应用于刀具和切削工具的制造中。
综上所述，RWL34高速钢的成分经过精心设计和优化，为其带来了卓越的性能和广泛的应用前景。
金属材料学思考题答案2绪论、第一章、第二章1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。
2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。
③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。
S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。
4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。
一、中国钒工业概述中国是世界上主要的产钒大国。
目前全球钒渣、氧化钒、钒铁的主要产地是南非、中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、新西兰和日本等七国。
从80年代以来，南非、俄罗斯和中国一直是三个最大的产钒国，随着澳大利亚Windimurra钒项目的达产，可能会占据世界钒产量9%的份额，也将成为主要的产钒国之一。
除美国和日本从石油残渣和电厂飞灰中提取钒外，其他各国都是从矿石冶炼过程中提取钒。
攀钢是中国最大的钒生产商，按V2O5产量计算，攀钢生产的钒原料占全国的74%左右，占世界18%左右。
承德钢铁公司是中国另一个主要钒生产商，近年来其生产规模也在不断扩大。
中国钒工业的崛起主要得益于攀枝花钒钛磁铁矿的开发利用。
随着1972攀钢雾化提钒投产，中国钒从无到有，从1980年开始由一个钒的进口国，变成钒的出口大国。
目前攀钢钒产品的年销售收入达到4.07亿元，出口创汇达3200万美元/年（1998年达到6500万美元），成为攀钢仅次于钢铁的第二支柱产业。
本文将以攀枝花钒的开发利用为重点，报告中国钒工业的发展历程。
国内每年消费各种钒原料约2860吨（按金属钒计）。
其中，90%用于钢铁工业，其余10%用于催化剂、钛钒合金、颜料等领域。
在钢铁工业中有1500吨左右用于特殊钢冶炼，1100吨左右用于普通钢铁厂中冶炼高强低合金钢。
近年来，建筑含钒钢筋用钒明显上升。
除攀钢使用FeV80外，其他中国钢铁厂都以FeV50或其它形式使用钒。
国际上通常用钒消耗强度表示钢铁业钒的应用水平。
钒消耗强度按每生产1000吨钢所消耗钒的公斤数表示。
从80年代以来，世界钒消耗强度已从30kg/1000t升至1998年的50kg/1000t，增加了67%。
今后，随着对强度高、重量轻的钢材需求的增加，钒消耗强度还会进一步增加。
而中国目前钒消耗强度仅为20-25kg/1000t，其差距是显而易见的。
潜力也是巨大的。
可见，中国钒的生产已处于世界前列，但钒的应用范围、规模和水平却并不先进，与产钒大国的地位很不相称。
