微合金化的元素作用

1、在普通碳鋼通常依靠加入碳來提高強度，這樣就造成了提高碳含 量的同時必然降低鋼的塑性和韌性。使普碳鋼不能滿足強度與韌性的 更好組合，由此人們開始研究不增加碳含量，加入其它元素來提高強 度，也就是保持低碳鋼的韌性前提下，利用微合金化提高強度。此類 鋼的綜合力學性能比低碳結(jié)構(gòu)鋼有很大的改善，而與普通合金鋼相比， 其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再繼之以控制冷卻， 才能使鋼的性能更佳，此類鋼使用之前一般不再進行熱處理。微合金 化元素在鋼中的作用主要是細化晶粒，阻礙再結(jié)晶進行以及析出強化。1Nb的作用在超低碳貝氏體鋼（ULCB）的整個發(fā)展過程中，微量Nb起著獨特 的作用。這類鋼中C含量已經(jīng)降到

2、0.05%，又不加入較多合金元素， 因此強化主要靠位錯強化，析出強化特別是組織強化。近年來的研究 表明，微量Nb在超低碳貝氏體鋼（ULCB）中的作用，主要體現(xiàn)在以下 兩個方面。1）微量Nb抑制變形再結(jié)晶行為，加劇變形奧氏體中的應變積累， 大幅度提高相變前組織中的位錯密度。超低碳貝氏體鋼（ULCB）的優(yōu) 良綜合性能主要來自鋼的組織細化以及貝氏體中的高位錯密度，再實 現(xiàn)這一目標，首先需要在控軋過程中，在非再結(jié)晶區(qū)軋制時引入大量 高密度畸變區(qū)，這些高密度畸變區(qū)在隨后的冷卻過程中成為相變核心， 大幅度促進相變組織細化。同時，要在發(fā)生切變形型貝氏體相變過程 中，能把相當一部分變形位錯保留在貝氏體基體中，

3、從而大幅度提高 貝氏體基體強度。為了達到這一點，要求鋼種有相當高的熱軋再結(jié)晶終止溫度以及抑制冷卻時擴散型鐵素體轉(zhuǎn)變的能力，合金成分設(shè)計充分考慮了 Nb及NbB這方面的作用。2）微量Nb與B、Cu的復合作用加快了誘導析出，穩(wěn)定變形位錯 結(jié)構(gòu)。微量防加入貝氏體鋼中的第二個作用是，這類鋼高溫非再結(jié)晶 軋制階段會應變誘導形成極細的Nb（C、N）析出物。這些析出物主要 析出在變形晶界及變形位錯網(wǎng)上，它們阻礙了位錯的恢復以及消失的 過程，穩(wěn)定了位錯結(jié)構(gòu)，為隨后冷卻過程相變形核提供更多機會，同 時組織新相的長大，最終細化組織。實驗研究表明當Nb和B、Cu綜合 加入時，它們的綜合作用會進一步促進析出過程加速，

4、并且進一步降 低冷卻時的相變溫度，使最終組織進一步細化。2Cu的作用對含Cu的超低碳硼鋼研究發(fā)現(xiàn)，Cu能顯著地降低B鋼的y-a 轉(zhuǎn)變溫度，當采用爐冷時的轉(zhuǎn)變溫度降低160C，即使用最快的冷速， 仍可使轉(zhuǎn)變溫度降低40C，實驗發(fā)現(xiàn)，Cu在單獨作用時，對Y-a轉(zhuǎn) 變只有中等程度的影響，轉(zhuǎn)變溫度降低的數(shù)值正比于Cu的含量，大約 1%的Cu使轉(zhuǎn)變溫度降低11C，但是在CuB系的低碳B鋼中Cu和B 的復合作用是很顯然的，實際上，它們的復合作用比（Mo+B）的復合 作用還強的多。Cu作為合金元素加入到鋼中除了對相變點發(fā)生影響 外，主要是依靠銅鋼的時效硬化作用來得到好的綜合性能。例如鋼中 添加了大量的Cu時

5、，依靠Cu的時效硬化，在對韌塑性沒有明顯損害 的條件下，得到高強度。各國的銅鋼的Cu含量不同，例如我國常常采 用范圍在0.080.80%，而美國加入的Cu量很高，可達2.0%左右。3B的作用B加入鋼中的主要作用是提高淬透性，B對淬透性的有利作用是由 于推遲了鐵素體的形核過程，但并不影響奧氏體或鐵素體基體的熱力 學性能。超低碳貝氏體鋼(ULCB)主要利用B在貝氏體晶界上阻礙鐵素 體的形核，從而推遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，提供一個很寬的范圍來 形成貝氏體(甚至在空冷條件下)。同時，固溶B也促進了控軋控冷后 的細小貝氏體組織形成，這種細小的貝氏體內(nèi)含有較多的穩(wěn)定位錯， 形成時又繼承了奧氏體內(nèi)產(chǎn)生的形變

6、位錯，加工利用Nb、Ti、V等的 析出強化，屈服強度可達500900MPa韌性也明顯高于普通低合金高 強度鋼。B加入鋼中對奧氏體再結(jié)晶有阻礙作用，同時B加入Nb鋼中， 由于B間隙固溶，而Nb為置換固溶，8加入相當于增加了間隙原子的 碳、氮等的有效濃度。因而促進了沉淀析出。8加入鈮鈦微合金鋼中 大大縮短了沉淀的孕育期。這是由于B的加入使鋼中增大了溶質(zhì)濃度 積，并且由于非平衡偏聚的發(fā)生，這種增加在晶界和位錯附近更為顯 著。因而增加了沉淀析出動力。4Ti的作用對于硼鋼，硼可以增加鋼的淬透性，它除了與在鋼的含量有關(guān)外， 還與其在鋼中的存在形式有關(guān)。而存在形式又受鋼中其他元素的制約。 如氧和氮都對淬透性

7、有強烈的影響。在鋼液中硼很容易和這兩種元素 化合，而降低硼對淬透性的有效性。加入微量Ti的低碳鋼的沖擊韌性 普遍較好，且隨著溫度升高，沖擊韌性值增大，但其沖擊韌性值變化 幅度不大。微量的Ti可以有固氮護硼的作用，加入微量Ti可形成穩(wěn) 定的氮化物而減少氮對硼淬透性作用的不良影響。5其他元素的作用Ni：加入主要為了防止Cu鋼熱脆性同時增加腐蝕抗力。Mn、Mo： 推遲多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，延遲貝氏體轉(zhuǎn)變。6超低碳貝氏體鋼（ULCB）再結(jié)晶行為的研究由于此類鋼是一種微合金鋼，鋼中的幾種微合金元素對鋼材的性 能有決定性作用，所以，關(guān)于微合金的研究，國際上多年來一直有很 多工作。如用間斷壓縮方法和應力弛豫等方法研究微合金元素尤其是 B和Nb、Ti、V等加入超低碳鋼中的作用，以顯示結(jié)構(gòu)和力學性能角 度研究了各種微合金元素的加入對奧氏體再結(jié)晶和Y-a轉(zhuǎn)變影響 后，認為Nb細化晶粒的作用最強，而