中国发展含铌微合金化钢的实践与前景

中国发展含铌微合金化钢的实践与前景

傅俊岩

(中信微合金化技术中心)

摘要

概述了改革20年来中国含铌钢的同步发展，总结了含铌钢开发中所取得的7项重大技术进展，尤其在钢的洁净化、细晶化、复合微合金化、应用性能研究及合金设计理论方面跨出了自主创新的一步,并预测2001年--2010年工程结构用钢的产量及铌铁的消费量。

关键词：铌，微合金化钢，开发，前景

Development Prospect For Nb-Microalloyed Steel In China

FU Junyan

(CITIC Microalloy Technology Center)

ABSTRACT This paper describes the development of Nb-bearing microalloyed steel in China in the last 20 years. It summarizes 7 significant technological progresses in Nb-bearing steel, particularly the creative steps in steel cleanness, fine grain structure, combined microalloying, application study and alloy design theories. The demand of Nb-bearing (including Nb-treated) steels used in engineering structures and the consumption of standard ferroniobium in the years of 2000, 2005 and 2010 are also predicted.

KEY WORDS Niobium, Microalloyed steel, Development, Prospect

1． 改革20年含铌微合金化钢的同步发展

`75微合金化会议对于中国冶金界是一个重要的契机，极大地推动了对微合金化、控制轧制及其钢的强韧化机理的研究。在80年代着手了新型微合金化钢的开发和应用工作。尤其是在“六五”和“七五”期间，国家科委组织关于高强度低合金钢大规模攻关研究项目，多数重点钢厂和研究院所都承担了Nb,V,Ti微合金化钢的研究项目。在微合金化诸元素之中，铌的应用予以特别的关注，其原因在于：

铌在钢的热变形过程中的物理冶金内容十分丰富

有60－70年代开发含铌钢的基础

进入90年代，国家重点建设的一批新项目设计的用材多数是含铌钢（如管线钢，船板钢，汽车用钢等）国家又把大力开发微合金化钢列入钢材品种结构调整的方向，并提出了把中国铌、钒、钛及稀土的资源优势转化为产品优势的目标。

在七十年代和八十年代，新的微合金化钢生产技术随着进口设备引入到中国，这对推动微合金化钢的发展起着重要作用，并成为后来发展铌微合金钢奠定了基础。

巴西和中国钢铁工业科技合作20年。中信进口CBMM 高质量铌铁（66％）为钢铁工

业生产含铌钢提供了低成本的铌铁。

204060801001201401601801978

1980

1985

1990

1995

1998

1999

2000

产量，万吨

图1。 1978年-2000年间Nb,V , Ti 微合金钢发展趋向

中国改革开放取得了举世瞩目的经济成就，微合金化钢的开发也随之取得了同步发展。1978年中国粗钢产量为3178万吨，1998年增长到11459万吨。如图1所见[1] 在同一时期内，据28个主要钢铁企业的统计，工程结构用铌，钒，钛微合金化钢由3万吨增至346.6万吨，占粗钢产量的比例由0.1％增至3％，占1998年全国低合金高强度钢产量的55.1％。 在这些微合金化钢中，从1995年起，含铌钢取得突飞猛进的发展。某些工程结构领域的铌微合金化钢取得突出成就列于表1。[2]

表1 某些工程结构领域的铌微合金化钢 钢类 主要牌号 1996－1998年产量（万

吨）

油气长输管线用钢

Apl,X56 X60-X70 56.4 桥梁用钢（斜拉、悬索桥） StE355,14MnNbq,16MnNb 18.6

造船用钢

AH32,36 DH32,36 EH32 16.4 工程机械用钢

BHW60A, HQ60B,HG60,HG70,HJ58,DB685 5.3 汽车用钢（大梁、车轮）

B510L,RS50,GQ360,WL510,RCL420

17.8 集装箱用钢

B480GNQ, B480GNQR 30.4 铁道用钢（鱼尾板，重轨） 56Nb, BnbRe

5.22 球罐用钢（压力容器）

Bp460N, WHD4 3.6

2. 开发含铌微合金化钢的技术进展

中国含铌微合金化钢的开发，以量大面广的工程结构用板材为主体，近几年铌钢的推广应用得益于以宝钢、武钢、鞍钢等主要钢铁企业和钢铁研究总院、北京科技大学东北大学等单位结合工程项目所从事的基础研究成果方面的重大技术突破，而且研究成果更多地被钢铁企业和工程用户所接受。

主要的技术进展归纳在以下一些方面： 降碳在微合金钢中的重要性，

微合金化方案与轧钢设备的适应性,

钢的洁净化细晶化和均匀化， 复合微合金化的作用，

防止含铌钢的连铸坯裂纹[4]

结合工程设计要求注重工艺性能和应用性能的研究

合金设计的理论研究[5]

2.1 降碳是强化析出的前提

传统的低合金高强度钢碳含量偏高，在常规轧制和控轧条件下，强度潜力很有限，强韧性匹配也不理想。如相当于St52钢的16Mn 钢，相当于ISOE355的Q345钢等，相比之下16Mn 钢和Q345钢的屈服强度指标低10Mpa （≤16mm ）和30Mpa （16

试验钢 A

B

C

C 0.19 0.20 0.14 Mn 1.52 1.48

1.42 Nb 0.032 0.03 Al 0.034 0.028 0.016 N 0.0054 0.0056

0.0046 Ceq 0.443 0.445 0.376 D α

18-28μm

24-32μm

10-12μm

200400600800STeelA

SeelB

Steel

强度 (m p a )

图3。试验钢降碳加铌后的强化效果

图2 试验钢析出相颗粒尺寸分布比较

2．2防止连铸坯表面裂纹

铌微合金钢连铸坯表面裂纹是含铌钢开发和生产（还包括焊接）的技术障碍之一，浦钢、武钢和安钢等企业的高温塑性研究表明，铌微合金钢的低塑性温度区较宽，并加深和移

向高温区（图5）[5]

。 此外，铸坯拉速对高温塑性也有明显影响（图4），裂纹周围和端部有明显的氧化脱碳特征，由此判断裂纹源形成于凝固区，在低塑区扩展的本质。

诸多研究工作还揭示了包晶反应区后组织应力、铌碳氮化物在铁素体基体上的析出、以及杂质在晶界的富集等几个因素激化了裂纹的形成倾向。二次冷却采用气雾冷却及动态冷却控制，矫直布置在高于塑性低谷区是防止铸坯表面裂纹的有效措施。实验结果还表明，裂

纹的形成率还与钢中的[％Al][％N]乘积有密切关系，对电炉钢（～70ppm N）和转炉钢（～40ppm N）为防止铸坯表面裂纹形成的酸溶铝极限列于表2。可见，Nb－V 复合微合金化和Nb－Ti 复合微合金化可降低了塑性低谷区的开始温度（TAV），尤其是Nb－Ti 钢，几乎无裂纹敏感倾向（图5）

。

图4 应变速率对高温塑性及强度的影响 图5。Nb,V,Nb-Ti 钢热朔性曲线

表2 铸坯无裂纹的Al 酸溶含量极限（％）

不 同 氮 含 量 下 的Al 酸 溶 量 极 限 成份

塑性开始下降温度 TAV（℃） 40ppm 70ppm 100ppm Nb 钢 950 ≤0.0250 ≤0.0145 ≤0.0102

Nb-V 钢 930 ≤0.0260 ≤0.0150 ≤0.0105 Nb-Ti 钢 830 ≤0.100 ≤0.0570 ≤0.0400 2． 3 含铌钢的合金设计

从材料学基本原理来看，只有选择适当的强化方式，才能在获得高强度同时也具有高韧性。高强度钢的破坏形式，就是断裂。为此，从晶界是材料的薄弱环节着眼，通过计算添加元素或杂质元素原子在晶界表面的偏聚自由能来判断和预测材料的韧脆性质。

图6 相结构因子和界面结合因子在合金设计中的应用框图

国内钢铁研究总院（CISRI）等单位，由宏观和介观合金设计转入微合金设计的领域，利用量子力学第一原理进行微合金钢的合金设计。相结构因子和界面结合因子在合金设计中的应用如图6所示。

试验探明了掺P 和掺N 的晶界，表面的偏聚能之差分别为1.0.3eV 和-0.99eV,P 趋向于减弱晶界结合，促使晶界分离，是脆性元素；N 则增强晶界结合，是韧性元素，图7为团簇中间原子层的差分电荷密度。

图7 通过团簇中间原子层的差分电荷密度图。差分电荷密度定义为掺杂晶界电荷密度与纯晶界电荷密度和自由杂质原子电荷密度之差，左为掺P 晶界，右为掺N 晶界。其中空心圆圈

表示Fe 原子，粗线表示得到电子，细线表示失去电子，线间隔为0.007e/A3。

通过计算还得到了Nb 和V 在fcc Fe 晶界的偏聚能，见表3。在奥氏体内，Nb 既可存在于晶内，也可存在于晶界，但会优先占据晶界，V 也有择优在晶界上的趋势，从能量的角度来看，将使奥氏体出现更多的界面。结果还表明Nb 比V 的细化效果更佳。这一方面的研究，使含铌微合金钢的开发建立在更扎实的理论基础之上。

表3 Nb, V 在fccFe 晶体内的杂质形成能，在fccFe∑11[110]（113）晶界上的偏聚能 能量 （eV） 纯晶界 结合能 掺晶界 结合能 晶界杂质 偏聚能 完整晶体 结合能 掺杂晶体 结合能 晶体杂质 形成能 掺Nb 掺V -382.50 -382.50 -389.60 -384.85 -7.10 -2.35 -453.73 -453.73 -458.21 -454.69 -4.48 -0.96

3开发含铌微合金钢前景及预测

前一阶段，含铌微合金化钢的研究和开发重点在板带材，微合金化钢的制备技术已趋成熟。钢材的实物性能水平大大提高。从而增强了企业产品的市场竞争力。今后一段时期内技术导向的重心应继续在板带材生产工艺技术深入研究的同时，逐步趋向于长型材和铸锻件。由低碳钢向中高碳钢开拓，由低合金工程结构用钢向机械结构用钢，不锈钢和耐热钢延伸。

在建筑用热轧钢筋新标准(GB1499-98)颁布后， 为含铌的400Mpa 级钢筋及耐火，抗震特性钢筋的开发打开了缺口，与含钒和钛钢筋相比较将显出技术优势和广阔的应用潜力。从长远看，汽车拖拉机，机床制造业是含铌钢的重要使用领域，开发低碳贝氏体和马氏体非调质钢适合中国的国情。为改善铸锻件的屈服强度、韧性和疲劳性能，铌微合金化将取得明显的效果。表4列出了后续含铌钢开发的规划。表4列出了后续含铌钢的开发建议。

表4后续含铌钢开发的建议

钢材品种 铌微合金化冶金原理 ≥400Mpa 级建筑钢筋 在335Mpa 级钢筋基础上降C,Si 添加

0.02－0.05％Nb

特种钢筋防火抗震 Mo-Nb 复合微合金化，延迟软化提高抗时

效性

Nb-Ti 复合微合金化，降低屈强比改善疲劳性能

非调质结构钢（轴、销、螺栓） Nb 或Nb-V 微合金化提高强度和抗时效性棒线材 高强度线材（冷镦、金属制品） 适于低温轧制或轧后直接淬火、自回火提

高强度改善延性

铸件（小铸件，集装箱角件） 细化晶粒

提高屈服强度韧性和疲劳性能

铸锻件 锻件（汽缸拉杆） 细化晶粒改善锻压工艺性能、沉淀硬化

不锈钢 304、316不锈钢替代含钛18－8系列不锈钢

降碳加铌提高强度强度改善抗腐蚀性

耐热钢 汽柴油机进排气阀用钢 添加铌提高蠕变强度改善抗烧蚀性

1990年－1999年随着中国钢铁工业蓬勃发展，微合金钢的生产也以前所未有的速度增长，铌铁的消费状况就是一个极其重要的标志，见图7。前5年铌铁消费仅426吨，后5年消费增长6倍，达2485吨。2000年铌铁的消耗量超过1000吨,为历史最好水平。 图7，1990-1999年中国钢铁工业铌铁消耗增长趋势

200

400

600

800

1000

1200

N b -F e c o n s u m p t i o n , T o n s

中国钢铁业在结构调整中持续发展，尤其是西部大开发的良好形势，前景看好。根据最近的市场调查，部分钢材品种的需求十分喜人，例如：今后10年间我国油气开发规模将超过迄今50年，将辅设国内输油管线7540km ，输气管线约14570km ，需X42－X65级管线钢508万吨，中俄输油管线境内部分1535 km ，计划用钢35万吨，另外4条国际输气管线合计10850 km ，将消耗X60－X70级管线钢511万吨。在铁道建设方面，包括东－西部通道、西－南部通道、以及国际铁路工程，合计新建和改造线路为10705 km ，需60kg/m 级钢轨205万吨，仅仅铁道桥梁建设的钢材在15万吨左右。公路建设的规模也相当巨大，1996～2015年的规划中，平均年建公路8500 km ，每年高速公路将以1300 km 的速度延伸，包括年建8座单跨400m 以上的大桥，年需钢筋、预应力钢丝及钢板在231.8万吨。此外，今后10年将以每年10亿平方米的速度改善城市和乡镇的住房条件，其中西部约占28％，每年需求钢材在800～850万吨。由此，预测了某些部门2000年及2005年、2010年对铌微合金钢、铌处理钢和合金钢、高合金钢的需求量列于表5。估计65％标准铌铁的消费量在2000，2005和2010年将分别为1105吨、2852吨和4156吨。

表5 今后5年对含铌钢的需求量预测 (万吨)

需求量 铌钢 用途

2000年 2005年 2010年

管线钢 X60-X70

50 100 150 高强度造船钢板 32～40kg

15 40 80 工程机械用钢板 ≤460Mpa >460Mpa 10 1 15 2 18 5 桥梁用钢板 ≤355Mpa >355Mpa 4 0.5 6 2 8.5 3.5 汽车用钢板 大梁 薄板 40 2 60 10 7.5 2.5 耐候钢 车辆 集装箱 18 2 25 5 40 12 钢轨 25 53 80 钢筋400Mpa 35 125 250 非调质钢及其他 0.5 1 1.5 Nb 微合金钢 （0.04-0.06%Nb） 合计 178 389 583.5

管线钢X42-X56 15 30 40 一般强度造船钢板

A、B、D、E 65 100 120

高层建筑钢 4 10 15 ≤345Mpa 高强钢 45 60 75 微铌处理钢(≤0.015%) 合计 129 200 250

合金钢、高合金钢

（0.2～0.5％Nb）

0.15 0.3 0.5

中国政府从今年起实施的西部大开发政策将刺激钢铁工业的发展。2000年，西部地区的钢材需求量将超过2千万吨，比1999年增长20％。在第十个五年计划期间（2000～2005），西部地区的钢材需求量将在2005年增长到2.5千万吨，占全国总产量的16.5%。以下为高品质钢材的主要需求市场：

油气管线。例如，从新疆到上海市的4200公里的天然气输气管线，将需要2百万吨的钢材。

西部地区的铁路和公路建设项目。中国政府将向此项目投资361.4亿美元。

西部地区的房屋改造项目也需大量钢材。

大规模的电站建设。

中国政府开发西部地区的新政策将给中国钢铁工业创造新的机会。它将促进高强度低合金钢在中国的发展。根据国内外的经验，我们相信含铌微合金钢将被研究机构、钢铁生产者和最终用户赋与更多的关注。按照最近几年来的研究和经验，发展和应用含铌钢主要依赖于基础研究的进展程度、提高含铌微合金钢的技术水平以及钢材质量，使钢厂和用户可以共同获得收益。我们相信铌在中国钢铁工业中应用的前景是非常光明的。到2005-2010年期间,届时平均吨粗钢将消费铌铁22g/t和30g/t。

参考文献：

1． 全国钒钛钢协调组和CITIC铌钢发展奖励基金统计资料，1999年

2． 傅俊岩等，新世纪中国钢铁材料工业及微合金化钢发展前景，中信－巴西CBMM合作10年国际铌钢开发技术研讨会。1999.9

3． 东涛，低合金钢降碳强化的基本原理，钢铁研究总院 1999.2

4． 东涛，神奇的铌在钢铁中的应用(迄今经验与未来发展),中信美国钢铁公司（北京），1999.6

5． F u Junyan, Study of the hot ductility of concast low carbon microalloyed steels, Technical report, Department of Materials and engineering, University of Pittsburgh,

6． 王崇愚，微合金化元素和杂质元素在铁晶界作用，钢铁研究总院科学技术报告。1999.6 7． 傅俊岩等，含铌微合金化钢在中国（1989－1999）的进展，中信金属公司

8．同[2]

9．袁伟霞等，Nb微合金钢的高温塑性研究及应；《钢铁》Vol.34增刊。1999.10 P605

铌铁合金化技术

铌铁合金化技术 标准铌铁 巴西矿冶公司生产的标准铌铁主要用于炼钢。这种标准铌铁是用铝热还原法生产的。 表1 化学成分（重量%） 元素标准含量 Nb ≥63.0（典型含量66.5） P ≤0.20 S ≤0.10 C ≤0.20 Pb ≤0.12 Si ≤3.00 Al ≤2.00 Ta ≤0.20 Fe 其余 典型含铌量为66.5%的铌铁相当于金属间相的成分。因而是脆的，较易破碎成要求的块度。铌的标准块度为1-50毫米，围绕着标准块度的各种尺寸分布都是常用的。根据铌铁加入的炉子或钢包的容积大小和合金化技术而决定块度分布。巴西矿冶公司生产的铌铁块度小于规定下限的数量少于10%，而且无粉末成份。 表2 铌铁块度分布举例 钢包容量： 大型钢包（>300吨）20-80毫米* 最常用钢包5-50毫米* 小型钢包（<50吨）5-30毫米* 结晶器添加2-8毫米 喂芯丝添加<2毫米 *这些块度范围的用量占铌铁用量90%以上 表3方式最常用包装 铁桶：每桶净重250公斤；6桶装成一个托盘。 塑料袋：净重1000公斤；一个大袋装上托盘或不装托盘。

化学性质 正如图1所示，铌对氧的亲和力是相当小的。铌对氧的亲和力要比常用脱氧元素和其它微合金元素低，例如钛和钒，甚至低于锰。因此，当铌加入全镇静钢中，其回收率通常为95%或更高。 物理性能 铌铁的密度是8.1克/厘米3。铌铁的比重比钢水的比重稍大，铌铁加入钢水后，有利于铌的回收。 铌铁的熔点范围为1580-1630 C（固相线和液相线温度），比钢水的熔点高。与钢水也不发生热反应。因此，铌铁在钢水中不是熔化过程，而是一个溶解过程。这个溶解过程需要一定时间，对常用的块度需要几分钟时间即可溶解，见图2。 合金化技术 ——块状铌铁在出钢时加入钢包：考虑到铌对氧的亲和力和铌铁的价格，铌铁应在硅铁、铝和锰铁之后加入[2]。必须注意采用无渣出钢以防止块度小的铌铁进入钢渣。 ——在钢包精炼期间加入铌铁是常用方法。钢包吹氩有利于铌的均匀分布。这是冶炼铌含量低的钢种的常用方法，也是对铌含量进行微调的常用方法。 ——喂铌铁芯丝法是进行成分微调的有效方法。由于铌铁颗粒细小，其溶解速度很快。 结果 由于在某些钢中，添加很少量的铌对力学性能有显著的影响，常常需要规定一个较窄的铌含量的分布带。由于几乎100%的铌的回收率和采用钢包处理微调法，在现代化冶炼条件下，能达到铌的标准偏差小于0.0015%，见图3。 参考文献 (1)P.G.Sismanis and S.A.Argyropoulos,I&SM,July 1989, p.39-47. (2)J. Le.Clerc et al., in “Niobium” TMS of AIME; Warrendale(PA), 198 4, p.655-683. (3) A.Bergman and K.Olssen,Steel Times Int., June 1988, p.46.

铌元素对钢的影响.

(1查下稀土(铌Nb对低碳钢的组织影响。如,Nb的加入,会减小母相的层错能,增大新相的应变能,使板条宽度减小,还有Nb是强碳化元素,使C原子偏聚在晶界,起钉扎 作用,等等一些影响。查好了发word给我,带上参考文献 文献搜索工具:1、万方、维普、知网 2、goole-学术搜索- (2查下低碳钢准解理断裂及解理断裂中裂纹传播路径及影响因素。附上文献 (一 Nb在钢中阻止再结晶的进行和阻碍再结晶晶粒长大的作用 显著,原因是Nb的碳氮化物在轧钢时可以“钉扎”晶界,“钉扎力”大于该温度下的再结晶驱动力。含Nb钢中有板状粗大析出物(富N的Nb(C,N和细小的球状析出物(富C的Nb(c, N,其中富c的Nb(C,N可有效地钉扎晶界,Nb还可以与碳、氮结合形成NbC—NbCo.孙NbN等相,在再结晶过程中,因NbC、NbN、Nb(CN对位错的钉扎和阻止亚晶界的迁移使再结晶时间大大延长,且随析出量的增加而增大。Nb的碳化物和氮化物在800~900℃都有一定的溶解,从而在随后的空冷过程中能析出更多细小弥散分布的Nb的碳氮化物,对晶粒长大具有强烈的阻碍作用∞J。另外,由于Nb的原子半径比铁大得多,固溶态Nb在晶界富集浓度高达1.O%以上(原子比,而晶内较低,所以Nb具有强烈的拖曳晶界移动能力,这种作用远高于固溶Ti。Nb的双重作用表现出提高了再结晶的温度、阻止晶粒长大的最终效果。 (二 1、铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。

铌微合金化高强抗震钢筋的生产实践

山西冶金 SHANXI METALLURGY 总第177期 2019年第1期Total 177No.l, 2019 生产实践?应用技术 DOI:10.16525/https://www.wendangku.net/doc/b010872226.html,l4-1167/tf.2019.01.39 锭微合金化高强抗震钢筋的生产实践 摘要：介绍了陕西钢铁集团有限公司应用桃微合金化技术生产HRB400E 高强抗震钢筋餉生产情况。经检验， 该工艺生产的产話化学成分和力学性能完全满足国家最新标准要求，且具有一定的经济效益。 关键词:觇微合金化HRB400E 化学成分性能中图分类号:TF533.2 文献标识码:A 文章编号:1672-1152（ 2019 ）01 -0106-03 王培培1,2 （1.西安建筑科技大学， 陕西西安710055； 2.陕西钢铁集团有限公司，陕西西安710018） HRB400E 高强度抗震钢筋以其良好的力学性 能迅速的走入市场，已成为建筑钢筋的主流。微合金 化技术是目前世界各国发展高强度钢筋的主要工艺 路线，帆被认为是提高HRB400E 钢筋强度最合适的 微合金化元素之一山。但是，由于近期飢铁和帆氮合 金价格大幅上涨，越来越多的钢筋生产企业开始采 用規铁代替帆铁和锐氮合金微合金化。陕西钢铁集 团有限公司结合企业生产特点，在稳定钢材性能及 质量的前提下，进行锯微合金化生产试验，以达到降 低合金成本的目的。 1工艺方案 1.1成分设计 依据GB/T 1499.2—2017标准要求，对含锭微合 金化HRB400E 钢筋化学成分（见表1）和力学性能 （见表2）进行设计。 表1規微合金化HRB400E 钢筋成分设计 w(C ) w(Si)w( Mn)w(V(N))w(Nb(Fe))碳当量国标 W0.25W0.80W1.60 —— W0.54 内控0.20-0.250.40-0.601.20-1.400.040-0.050目标值 0.22 0.50 1.260.045 表2視微合金化HRB400E 钢筋力学性能设计 HRB400E 屈服强度，心/MPa 抗拉强度，RJMPa 断后伸长率， A/% 最大力总延伸率， AJ%国标M400M540M16M9.0内控M415 M550M16M9.0目标值 450 610 20 12 收稿日期:2018-12-17 作者简介:王培培（1985—）,女，工程师，本科，西安建筑科技 大学，现从事钢铁冶金工作。 1.2工艺流程 混铁炉— 120 t 转炉T 吹就站—方坯连铸机T 轧钢厂。 1.3操作要点 1.3.1转炉操作要点 1） 保证所有合金烘烤质量,稳定出钢过程温降。 2） 出钢过程所有合金分批加入，总时间大于 2 min,規铁合金随最后一批合金加入。 3） 出钢时间大于4 min,必须保证钢包底吹正 常，且全程底吹搅拌，时间不小于8 min 0 4） 岀钢前保证出钢口完好，做好一次、二次挡 渣，减少出钢口、大炉口下渣。 1.3.2连铸控制要求 1） 连铸过程必须全保护浇铸，且使用自动加渣 装置.液面自动控制系统。 2） 中包温度（见表3）。 表3中包温度控制设计 乜 钢种 开浇炉次 正常炉次 中包温度过热度中包温度过热度 HRB400E 1 533-1 54825-401 523-1 538 15-30 3）拉速控制在2.7-3.1 m/min;二冷比水量在常 规HRB400E 比水量基础上适当降低。 1.3.3轧钢操作要求 1） 试验轧制规格为￠12 mm 、⑦16 mm @20 mm 。 2） 加热炉温度控制要求（见表4）。 表4加热炉温度控制 匕 项目 预热段加热段 均热段 原参数 850-9501 060-1 1501 120-1 150试验参数 9 000-1 000 1 100-1 200 1 160-1 200 3）轧制速度按照现场正常速度控制。

低合金钢分类

低合金钢分类 文章来源：钢铁E站通低合金钢分类 根据国家标准GB/T 13304《钢分类》第二部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，低合金钢分类如下。 低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢三类： (1)普通质量低合金钢 普通质量低合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢。应同时满足下列条件： 1)合金含量较低(符合对低合金钢的合金元素规定含量界限值的规定)； 2)不规定热处理(退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待)； 3)如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件： 硫或磷含量最高值：≥%； 抗拉强度最低值：≤690MPa； 屈服点或屈服强度最低值：≤360MPa； 伸长率最低值：≤26％； 弯心直径最低值：≥2×试样厚度； 冲击功最低值(20C，V型纵向标准试样)：≤27J。 注：①力学性能的规定值指厚度为3～16mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。 ②抗拉强度、屈服点或屈服强度特性值只适用于可焊接的低合金高强度结构钢。 4)未规定其他质量要求。 普通质量低合金钢主要包括： ①一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T 1591规定的 Q295A、Q345A；

②低合金钢筋钢，如GB 1499规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、 20MnNbb； ③铁道用一般低合金钢．如GB 11264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP； ④矿用一般低合金钢，如GB/T 3414规定的M510、M540、M565热轧钢。 (2)优质低合金钢 优质低合金钢是指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，在生产过程中需要特别控制质量(例如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面质量，增加工艺控制等)，以达到比普通质量低合金钢特殊的质量要求(例如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等)，但这种钢的生产控制和质量要求，不如特殊质量低合金钢严格。 优质低合金钢主要包括： ①可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T 1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、 Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E； ②锅炉和压力容器用低合金钢，如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg； YB/T5139规定的16MnR；GB 6653规定的HP295、HP325、HP345、HP365；GB 6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB 6479规定的16Mn、15MnV； ③造船用低合金钢，如GB 712规定的AH36、DH36、EH36； ④汽车用低合金钢，如GB/T3273规定的09MnREL、06TiL、08TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL： ⑤桥梁用低合金钢，如YB 168规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、 15MnVNq，YB(T)10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq； ⑥自行车用低合金钢，如YB/T 5064、YB/T 5066、YB/T 5067、YB/T 5068规定的 12Mn、15Mn、19Mn；

铌微合金化HRB400生产工艺与性能

铌微合金化HRB400生产工艺与性能 20世纪80年代，国内发展了Nb微合金化技术，Nb微合金化技术要求严格的控轧控冷制度，集中应用在扁平材尖端产品，如管线钢、压力容器和工程机械用钢等产品。为降低生产成本，国内冶金企业近年来相继开始用20MnSiNb代替20MnSiV生产HRB400热轧钢筋，其生产工艺流程为：高炉铁水转炉冶炼→吹氩处理→连铸→棒材连轧。棒材连轧生产线由18架轧机组成，粗、中、精轧机各6机架，平、立交替布置，结构紧凑。 含Nb钢具有矫直横裂敏感性，裂纹在振痕处产生,沿厚度方向向内部扩展。研究认为含Nb 钢的横裂敏感性与矫直温度下Nb(CN)的析出有关。20MnSiNb钢高温塑性低谷区为700～950℃。因此应避免在此温度区间矫直，由此确定其矫直温度大于950℃。 对20MnSi和20MnSiNb钢进行不同温度(-40、-20、0和20℃)冲击试验，20MnSiNb的冲击性能显著高于20MnSi，这是由于20MnSiNb的晶粒较20MnSi晶粒细，钢筋晶粒越细，受外力的作用时钢筋存在更多的晶粒内变形，晶粒越细晶界越多，晶界阻碍裂纹的传播，使钢筋断裂前可以承受较大的塑性变形，吸收的功较多，从而提高钢筋的冲击吸收功。对20MnSiNb 钢筋焊接后进行拉伸试验，力学性能符合GB1499.2-2007要求，并全部断在母材，表明20MnSiNb钢的焊接性能好，满足使用要求。 20MnSiNb钢可采用与20MnSi基本相同的工艺进行生产，力学性能符合GB1499.2-2007规定，焊接性能满足施工现场焊接工艺要求。20MnSiNb钢正常金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，铁素体晶粒度为9.5级，较20MnSi晶粒度提高1级。Nb的主要强化机制是细晶强化、组织强化和Nb(CN)析出强化。20MnSiNb钢250℃×1h时效处理前后其力学性能基本相同，该条件下20MnSiNb钢没有时效倾向；600℃×1h时效处理后，20MnSiNb钢的抗拉强度和屈服强度分别提高50和60MPa。（榕霖）

CSP线铌微合金化直缝焊石油套管用钢J55的开发

CSP线铌微合金化直缝焊石油套管用钢J55的开发 司永涛1, 屈文胜1, 董瑞峰1, 闫波1, 张晓燕1, 刘清友2 (1.包钢薄板坯连铸连轧厂，包头 014010； 2. 北京钢铁研究总院，北京 100081) 摘 要：介绍了包钢CSP厂采用Nb微合金化技术开发直缝焊石油套管用热轧钢带J55的过程。开发钢带的力学性能以及冷弯、焊接、螺纹加工等性能均满足API 5CT的标准要求和用户协议要求，已经商业化生产4200吨，用户使用情况良好。 关键词：CSP；Nb微合金化；J55 Development of Nb-microalloyed J55 Hot Rolled Strip Used for ERW Casing For Petroleum in Baotou CSP Plant SI Yong-tao1, QU Wen-sheng1, DONG Rui-feng1, YAN Bo1, ZHANG Xiao-yan1, LIU Qing-you2 (1. Baotou Iron & Steel (Group) Co., Ltd., Baotou 014010, China; 2. Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081,China.) Abstract: This paper introduce how to develop hot rolled strip used for J55 ERW casing for petroleum by using the technology of Nb micro alloying in BaoTou CSP plant. The strips have good mechanical properties, cold bending, welding ability and threads machining etc. The Integration properties of casing meet the requirements of API 5CT standard and costumer technology agreement completely. 4200 t strips have been produced commercially, and the costumers used very well. Key words: CSP；Nb micro-alloyed；J55 J55（API 5CT）是一种中等强度石油套管钢级，历来采用无缝管。自上世纪60年代开始，国外采用热轧卷板制造直缝电阻焊套管(简称ERW)代替无缝管，获得成功[1]。从1987年至今，在中国许多常规流程热轧带钢生产线上被商业化生产。目前，在短流程生产线（如：CSP）上开发生产J55的工作也越来越受到重视。 包钢于2005年5月成功研制了J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带。本文介绍在包钢CSP线开发J55的工业试验过程及商业化生产产品的力学性能、使用性能和用户使用情况等。 1 试制过程 1.1 J55钢化学成分 直缝电阻焊石油套管(简称ERW)用热轧钢带—J55，是参照美国石油协会API Spec 5CT标准以及用户技术协议进行研制开发的。表1 为API 5CT、用户协议和包钢内控成分范围。 表1 成分设计范围 （wt%） Table 1 chemical composition of strips （wt%） 标 准 C ≤ Si ≤ Mn ≤ P ≤ S ≤ Nb ≤ V ≤ Ti ≤ API 5CT -- -- 0.03 0.03 -- -- 协 议 0.2 0.3 1.60.02 0.01 0.06 0.060.03 内 控 0.080.3 1.60.02 0.01 0.06 0.060.01 1.2 试验及商业化生产工序 按照表1中内控成分范围，冶炼浇铸钢坯，经 司永涛，高级工程师，siyongtao@https://www.wendangku.net/doc/b010872226.html,

钒钛铌等微合金元素在低合金钢

鞍钢钒、钛、铌微合金钢的应用与开发 林滋泉 敖列哥 郝 森 鞍山钢铁集团公司 1 前言 七十年代以来，随着国家资源的开发和科学研究水平的提高，钒、钛、铌、氮等合金元素做为开发低合钢的有效元素得到了广泛的应用。我国微合金元素储量丰富，氧化钒的储量达到2500万吨，占世界第三位；氧化钛的储量为6.289亿吨，几乎占世界总储量的45.58%；氧化铌储量为388万吨。因此我国具有发展微合金化钢的巨大资源优势。随着冶金生产设备和工艺技术的更新与变革，微合金元素的使用已使低合金高强度钢领域的品种发生了深刻的变化，微合金元素的开发与应用充实了低合金钢的物理冶金内容和强韧化原理［１］。其中钒的应用已十分广泛，在我国已形成多种牌号的钒钢及钒微合金化钢，我国纳入国家标准的钢种号中，含钒钢牌号有139种，占所有钢种的57%，据 统计我国钢铁业每年用钒量超过2000吨［2］。尽管如此，我国低、微合金钢的生产还没有摆脱数量型发展模式，从低、微合金钢产品结构上看，20MnSi、U71Mn 重轨等条形材及部分16Mn 钢板占了主要部分。若按国际通行计算方法计算，我国真正的低、微合金钢产量比例极低，特别是平材的比例更低，表1给出了1995年中国低、微合金占总钢产量的份额［３］。它表明了中国的低、微合金钢产量、品种结构与世界先进国家差距甚远。在全球经济一体化的今天，在世界钢铁生产能力趋于饱合的背景下，大力发展低、微合金钢，调整产品结构无疑是我国钢铁发展的必由之路。含钒钢及钒、钛、铌微合金钢的开发应用前景非常广阔。 表1 1995年中国低、微合金钢产量份额 年产量(万吨) 低、微合金钢产量 (万吨) 占钢产量比例 (%) 低、微合金钢板产量 (万吨) 占钢产量(%) 9400.0 365.82 3.89 46.0 0.489 2 鞍钢含钒微合金化钢的开发应用 2.1 钒、钛、铌在钢中的微合金化作用 合金元素钒在钢中的有利作用主要是以其碳、氧化物形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。钒在铁素体中的溶解度比在奥氏体中的溶解度小的很多，随着相变的进行，在一定的热力学和动力学条件下，钒的碳、氮化物在相界析出，通过在两相区加速冷却，可以细化晶粒，控制其碳、氮化物的析出，其沉淀物的大小和分布，决定了其沉淀强化的效果。由于钒和氮有很强的亲和力，在添加一定量的钒的同时，增加一定量的氮，使其强化效果更为有效。图1表明了鞍钢开发的15MnVN 钢板不同温度条件下力学性能和析出相参数的关系，说明了在不同析出温度条件下，VC 析出量的变化对钢板力学性能指标的影响。一般通过钒在铁素体中的沉淀析出，可使钢的强度增加 100MPa 以上。 图1 950℃水冷后不同加火温度下析出相与 力学性能的关系 除了钒以外，钛元素也在低、微合金钢开发中起了重要作用，在低合金高强度钢中加入微量钛即

碳素钢和低合金钢的定义

碳钢 主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种； 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。 原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。

低合金钢与合金钢教案

第五章低合金钢与合金钢 引言：碳素钢应用很广泛，但也存在缺点，如：强度和韧性不能兼备（回忆碳素钢与含C量的关系），∴造成使用问题。又：碳素钢淬透性差，不能用于大型零件，∴加入合金元素，成为合金钢。 一、合金钢概述： 1、定义：加入合金元素的钢。如：C r、N i、M n、S i、M o、W、T i、B、N b、A l、R e（稀土元素）。 即：加入合金元素的含C量小于 2.11%的F e—C合金。 2、合金元素在钢中存在形态： （1）合金F：合金元素的原子溶入F晶格形成的固溶体。 合金F=α-F e（C、M n、S i、C r、N i……） 固溶强化：使合金强度、硬度提高，当合金元素量适当时，（M n、S i ＜1.0%；C r＜1.5%；N i＜5%）不但提高强度、硬度，还提高韧性。 （2）合金碳化物：合金元素和碳形成化合物。 T i C、W C、V C、M o C 强度比渗C体还硬。 第二相强化：碳化物可以提高钢的强度、硬度，也使塑性、韧性下降。 3、合金元素对钢性能影响： （1）可以提高钢的强度，硬度（同时，量合适时，还可不降低塑性、韧性）。 （2）可以提高淬透性（除C o外） （3）可以细化晶粒（细化晶粒的方法） T i、N b、V、M o细化，B微量可以细化 （4）提高了回火稳定性 （5）产生二次硬化：W、V、M o回火到500C以上时，出现大量W C、V C，以微粒出现在边界。∴高温时硬度提高。 （6）可以使钢获得特殊的性能： 不锈钢：C r N i；耐磨钢：M n；耐热钢：W、M o、V 二、合金钢的牌号： 牌号可经看出许多内容：含量、热处理等。 1、低合金钢=碳素结构钢差不多。 Q390A（Q295-Q460）Q235A F（Q175-Q275） 屈390m p a A级A级沸

微合金化元素钛、钒、铌的特性

微合金化元素钛、钒、铌的特性 近年来，钢中添加微合金化元素的重要性备受关注，并通常被视为现代钢种的一大特点。因此可以预见，随着新钢种的开发，微合金化元素的使用会越来越多。 “微合金化”即是指这些元素在钢中的含量很低，通常低于0.1%（重量百分比）。和钢中不需要的残余元素不同，微合金化元素是有目的的加入钢中以改善钢材的性能。合金化元素和微合金化元素不仅在合金含量上有明显的区别，而且其不同的冶金效应也各有特点：合金化元素主要是影响钢的基体；而微合金化元素除了溶质原子的拖曳作用外，几乎总是通过第二相的析出而影响钢的显微组织结构。 钢的可焊性、成型性和断裂韧性要求较少的非金属夹杂（氧化物和硫化物），并希望残余夹杂以球形状态存在。因此低氧和低硫是现代钢的必要条件。另外，铝脱氧的钢水脱氧的标准工艺。在钢凝固后，未结合成氧化铝的残留铝将形成氮化铝。这一古典的微合金元素析出物细化晶粒的效应已被使用了50多年。其它微合金添加元素如钙或稀土元素，由于对硫化物形态的控制的作用也广为人知。 除了上述这些影响非金属夹杂物的元素外，自1960年代以来，钢中单独或复合加入一些碳化物和氮化物形成元素也对钢的发展产生了重要影响。 元素的潜势 根据各元素在周期表中的位置，可以大致确定其对钢的性能产生何种可能的影响。图4.176显示出4-6周期的Ⅳa-Ⅵa族的化学元 素。这些元素因为其熔点很高通常被称为“难熔金属”。它们不仅具有高的熔点，而且具有形成氮化物和碳化物趋势。这种趋势从图中右上角向左下角方向逐渐增强；而且形成氮化物的倾向要强于形成碳化物的倾向。

除形成氮化物和碳化物的倾向外，第Ⅳa族元素还具有更高的形成氧化物和硫化物的倾向。另一方面，Ⅵa族元素与非金属化合物的亲合力比Ⅳa族和Va族元素低，此外他们的碳化物具有正斜方体或六角体的晶体结构。 这种结构与Ⅳa族和Va族元素的面心立方结构碳化物相比较，不太可取，面心立方和钢的立方体基体有一定的共格性，这可能对钢的性能有益。 有效影响钢的显微组织结构的析出质点是在热加工和热处理过程中形成的，由此要求微合金化元素要首先固溶在基体中。 某一化学元素在钢基体中的固溶能力取决于该元素原子尺寸与铁原子尺寸之差。表4.48给出了各种难熔元素的原子半径。由于与铁原子半径相差很大。强烈碳化物和氮化物形成元素如锆，铪等基本不溶于钢中，因此对改变钢的显微组织结构没有实用性。 表4.48 难熔元素原子半径（nm） 元素原子半径nm 与铁原子半径差% Ti 0.147 +14.8 V 0.136 +6.2 Cr 0.128 =0 Zr 0.160 +25.0 Nb 0.148 +15.6 Mo 0.140 +9.4 Hf 0.168 +31.3 Ta 0.148 +15.6 W 0.141 +10.2 综合以上考虑，根据化学和物理性能原因，一般不把Vla族元素及锆、铪作为有效的碳氮化物形成元素。此外，钽由于稀有和昂贵的价格也限制了它的广泛应用。 因此，在钢中实际可利用的微合金化碳一氮化形成元素也就集中在钛、钒、铌了。 溶解度积 非金属化合物溶解和生成的平衡条件是由其溶解度积来描述的。如前所述，钛是有很强的形成氧化物、硫化物以及氮化物和碳化物趋势的元素。图4.177归纳了几种钛化物的溶解度积。可以看出其氧化物在液态阶段已经形成。就大多数钢的典型氮含量水平而言，甚至钛的氮化物在凝固前或凝固过程中也已形成。在钢液中形成的这些颗粒可以被分离到钢渣中，对钢的性能没有影响。如果这些颗粒不进入钢渣中，由于其形成温度高，颗粒相对粗大，应视为对钢的塑性有破坏性的有害夹杂物。由于颗粒尺寸大，其细化显微组织结构的能力大大降低。但是，由于钛可以形成TiO和TiN减少了钢中自由氧和氮的含量，因此，钛仍有好的作用。因为自由的氧和氮对钢的韧性是有害的。例如，自由氮（Nf）损害钢的冲击转

含铌微合金钢碳氮化物析出行为研究的现状及发展

含铌微合金钢碳氮化物析出行为研究的现状及发展* 李鸿美,曹建春,孙力军,周晓龙,何 寒,米永峰 (昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093) 摘要 综述了含铌微合金钢中铌的固溶与析出行为。着重阐述了控轧控冷过程中各工艺参数对含铌微合金钢中铌的碳氮化物析出行为的影响,涉及形变、温度、冷却速率及合金元素等对铌碳氮化物析出的作用;总结了含N b 微合金钢中碳氮化物的研究现状,并展望了其未来的发展。 关键词 微合金钢 铌 固溶 形变 温度 碳氮化物 Current Situation and Development of Nb Microalloyed Steel Carbonitride Precipitation Behavior LI Hongmei,CAO Jianchun,SUN Lijun,ZHOU Xiaolong,HE Han,M I Yongfeng (Faculty of M ater ials Science and Eng ineer ing,K unming U niv ersity of Science and T echnolog y,Kunming 650093)Abstract N b micr oallo yed steel ca rbonitr ide o f the so lid solut ion and pr ecipitation is reviewed.T he impact o f carbonitr ide precipitat ion in N b micr oallo yed steel by var ious facto rs is indicated in t he contro lled ro lling and co nt rolled cooling pr ocess.M or eover ,inv olving deformat ion,temper ature,coo ling r ate and carbonitr ide precipitat ion co nta ined N b's effect by alloy ing elements are discussed.Cur rent situatio n is summarized and development is pr ospected about micro alloy st eel containing N b. Key words microallo y steel,N b,soluted,deformat ion,temperatur e,carbonitr ide *云南省应用基础研究计划项目(2006E0017Q ) 李鸿美:女,1984年生,硕士生,研究方向为先进钢铁材料 E -mail:lihongmeigr aduate@126.co m 曹建春:通讯作者,博士,教授E -mail:nmcjc@https://www.wendangku.net/doc/b010872226.html, 钢铁结构材料中最具活力和创造性、发展最快的是低合 金高强度钢,特别是微合金钢[1] 。在钢中添加微量(单独或复合加入含量少于0.1%)的合金化元素(钒、铌、钛等),形成相对稳定的碳化物和氮化物,从而在钢中产生晶粒细化和析出强化效果,使屈服强度较碳素钢和碳锰钢提高2~3倍的钢类被称为微合金化钢。在控轧控冷或热处理过程中,微合金元素的溶解与析出对微合金钢组织性能有重要的影响[2,3]。Nb 是强的碳化物、氮化物和碳氮化物的形成元素,N b 的化合物可以有效地阻止再结晶、积累应变和保持奥氏体晶粒的变形结构,在相变过程中Nb 的析出相能提高铁素 体的形核率,对细化晶粒和性能的提高起重要的作用[4] 。由于对钢铁材料较强的细晶强化作用和沉淀强化作用,Nb 已经成为低合金钢中最典型、应用最广的合金元素之一。为了更好地发挥微合金元素的作用,使钢具有更优异的力学性能,了解微合金元素碳氮化物的溶解与析出温度、一定变形和温度下的析出量与析出相尺寸等是非常必要的。本文详述了各种因素对Nb 的碳氮化物析出的影响。以期对含Nb 微合金钢的进一步研究有所帮助。 1 碳氮化物的固溶与析出行为 1.1 碳氮化物的固溶 碳氮化物主要在奥氏体化的过程中固溶,其奥氏体化温度取决于Nb(CN )中的N b 、C 以及N 的加入量。由特定的固溶度积来确定微合金碳氮化物能否在铁基体中处于固溶的状态。当固溶的合金元素很少时,碳氮化物M p C q 在固溶 体中的固溶度积可用式(1)来描述[5] : log M p C q =A -B T (1) 式中:[]符号表示某元素处于固溶态的质量分数,T 为绝对温度,A 和B 为常数。 碳氮化物第二相的平衡固溶度积公式在理论研究及实际生产应用中具有很重要的作用。目前在C 铁中固溶度积公式可由硬度法、相分析法、原子探针法、统计分析法、热力学计算、碳分析法等分析方法中得到,常用的是相分析法和热力学计算,但实际应用时应根据实际条件作相应的选择。而由于A 铁中的固溶度积非常小,试验难于测定,目前仅有由热力学数据推导而得的平衡固溶度积公式。文献[6]给出了N b(CN)的碳化铌和氮化铌在C 铁和A 铁中的固溶度积公式。由文献[7-11]可得到Nb 含量为0.035%~0.17%、C 含量为0.022%~0.093%时所对应的Nb(CN)全固溶温度为1060~1302e 。 1.2 碳氮化物的析出行为 过饱和基体等温析出时,其相对转变量和时间有如下关系[12]:

低合金钢定义

低合金钢定义 中国钢产量已突破6亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了解。 按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。 在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不

同之处。 ①随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着中国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。 ②国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。 ③低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义

低合金钢品种

低合金钢品种

微合金化钢知识讲座二低合金钢主要品种 编辑条目 第二部分低合金钢主要品种 2.1 焊接高强度钢 焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。 它有三个基本属性： 第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。 第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。 第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效、抗冲击、抗韧性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。 我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入GB ／T1591—94中，由此派生的低合金专用钢分类及标准： 锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87 压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86， GB6654—86 GB6655—86，GB6479—86，GB3513 造船用钢 GB712—88

汽车用钢 GB3273—82 桥梁用钢 YB(T)60—81 自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83 保证厚度方向性能钢 GB5313 管材用钢 GB479—86，GB8162—87 GB8163—87，YB231—70 核能用钢 舰船用钢 兵器用钢等。 焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此5种强化机制的组合，可以生产出屈服强度由295MPa～880Mpa不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。 焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表2可见。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，选用适宜的合金元素。

低合金钢种简介

低合金钢的主要品种包括下列7种： 焊接高强度钢；合金冲压钢；低合金耐腐蚀钢；低合金耐磨损钢；低合金耐低温钢；低合金建筑钢筋；低合金钢轨钢。 1.什么是低合金钢轨钢? 钢轨是铁路轨道的主要部件，是冶金产品中一个专用钢材品种，钢轨承受列车的重量和动载，受力复杂，轨面磨耗，轨头受冲击，还要受较大的弯曲应力，主要的损伤形式有：磨损主要是上股侧磨和下股压溃，屈服强度不足引起的波浪磨耗以及韧塑性低导致的脆断、剥落、掉块、轨头劈裂、焊缝裂纹等。所以对钢轨钢的基本要求包括：耐磨性、抗压溃性、抗脆断性、抗疲劳和良好的焊接性。 按强度等级划分钢轨应分为下列几类： (1)标准钢轨，抗拉强度685～835MPa； (2)耐磨钢轨，抗拉强度880～1030MPa； (3)特级钢轨，抗拉强度1082～1225MPa； (4)抗拉强度>1400MPa的钢轨在研制中。 20世纪初采用的是50kg/m轨，现在国际标准轨为60kg/m，美国重轨为77kg/m，俄国和东欧各国为75kg/m轨。 铁路运输和铁道建设在我国国民经济中占有重要的地位，“十一五”期间和未来10年，对钢轨的需求量会越来越大，质量要求也会越来越高。 2.提高钢轨强度和综合性能的途径有哪些? 有以下两条： (1)热处理强化。在碳素钢或C—Mn钢轨基础上采用在线余热淬火，离线的淬火回火处理或欠速淬火工艺。20世纪80年代发展起来的在线热处理方式，也叫做全长淬火工艺，节能省工、投资少、生产周期短。 (2)在0.7％～0.75％C钢中添加Cr、Mn、Mo、Nb等合金元素，获得980～1250MPa抗拉强度。比较两种强化方法，热处理轨表面耐磨，但内部较差，耐蚀性不能改善。合金化轨里外质量一致，可以考虑改善耐蚀性。 目前国内执行GB 2585—8l标准，主要的钢种牌号有C—Mn钢的U71Mn轨和微合金化的PD3轨和NbRE轨。 我国铁路建设，在“六五”和“八五”期间，以解决运输能力制约国民经济发展“瓶颈”问题，主攻“重载”，在现有设施基础上扩大编组。从“九五”起，提速和高速已成为铁路科技进步的主要体现。通过改造既有轨道结构和研制新型机车车辆，使客车运行速度提高到200km/h，所谓“高速”，指建成200km/h以上的专线客运列车的运行速度。对“重载”列车的钢轨要求耐磨损，抗疲劳。对“高速”列车的钢轨则要求无缺陷和高平直度。 1.什么是低合金耐腐蚀钢? 钢铁材料在自然界或在工作条件下，无时无刻不同程度地受着周围环境中的某些物质的侵害，这种侵害可能是化学的，电化学的，也可能是物理作用引起的。但主要是电化学腐蚀的形式。低合金耐腐蚀钢就是能够抵抗上述腐蚀的一类钢种。 什么是电化学腐蚀呢?从宏观上看，由两种不同电位的材料，构成腐蚀的阳极和阴极对时，在周围电解质的作用下，电位高的阳极成为牺牲者，而电位相对较低的阴极得到了保护。从微观上看，两种不同组织之间，基本相与钢中夹杂物、沉淀相之间，也构成了这样阳极一阴极的“微电池”，一方被溶解，另一方受保护，甚至材料表面上存在的划痕等各种缺陷所构成的不均匀，也会造成腐蚀。这是最简单的材料腐蚀的道理。

第五章、低合金钢与合金钢

课程金属工艺授课班级任课教师万玉吉序号15 授课日期编制日期 课型理论节次教具 课题第一节合金元素在钢中的作用 第二节低合金钢和合金钢的分类与牌号 目的要求1.了解合金元素对钢的影响； 2.掌握合金钢的分类与牌号； 重点难点重点：掌握合金钢的分类与牌号；难点：合金钢牌号与应用的关系 课程 导入 讲授教学法 教法设计列举生活与生产中应用所讲钢种，分析其应用，增强感性认识。 作业 思考 P72 课后 记事 第五章低合金钢和合金钢 ?为了改善钢的某些性能，在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。 ?含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。 钢中加入的合金元素主要有：硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)、钛(Ti)、铌（Nb）、钴（Co）、铝(Al)、硼(B)及稀土元素(Re)等。 第一节合金元素在钢中的作用 一、合金元素在钢中的存在形式及作用 合金元素在钢中的存在形式：一是溶入铁素体中形成合金铁素体；另一种是与碳化合形成合金碳化物。 (一)合金铁素体

大多数合金元素都能不同程度地溶入铁素体中。使铁素体晶格发生不同程度的畸变，使铁素体的强度、硬度提高，当合金元素超过一定的质量分数后，铁素体的韧性和塑性会显著降低。 (二)合金碳化物 按合金元素与碳之间的相互作用，可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两类合金元素。 1.非碳化物形成合金元素，如Si、Al、Ni及Co等，它们只以原子状态存在于铁素体或奥氏体中，它们对钢的力学性能影响较小。 2.碳化物形成元素：如TiC、NbC、VC、WC、Cr 7C 3 、(Fe，Cr) 3 C及(Fe,Mn) 3 C 等，合金碳化物的存在提高了钢的强度、硬度和耐磨性。 二、合金元素对钢的热处理和力学性能的影响 (一)合金元素对钢加热转变的影响 由于合金元素的扩散速度较慢，加之合金碳化物比较稳定，不易溶入奥氏体中，减缓了奥氏体的形成过程。为了获得均匀的奥氏体，大多数合金钢需加热到更高的温度，并保温更长的时间。 (二)合金元素对回火转变的影响 合金元素主要是提高钢的耐回火性，有些合金元素还造成二次硬化现象和产生钢的回火脆性。 1.提高钢的耐回火性 ?淬火钢件在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性(或回火稳定性)。 合金钢都有较好的耐回火性。若在相同硬度下，合金钢的回火温度则要高于非合金钢的回火温度。 2.产生二次硬化 ?某些含有较多W、Mo、V、Cr、Ti元素的合金钢，在500℃～600℃高温回 火时，高硬度的特殊碳化物(W 2C、Mo 2 C、VC、Cr 7 C 3 、TiC等)以弥散的小颗粒状 态析出，使钢的硬度升高，这些铁碳合金在一次或多次回火后提高其硬度的现象称为二次硬化。 高速工具钢和高铬钢在回火时都会产生二次硬化现象，这对于提高它们的热硬性具有重要作用。 综上所述：合金钢的力学性能比非合金钢好，但由于合金元素的作用，大多数要通过热处理才能发挥出来。 第二节低合金钢和合金钢的分类与牌号