Fe_Cr合金钢高温性能研究

第15卷　第4期

2007年8月

材　料　科　学　与　工　艺

MATER I A LS SC I ENCE &TECHNOLOGY

Vol 115No 14Aug .,2007

Fe -Cr 合金钢高温性能研究

韩敏芳,杨志宾,赵晓林,王　欢

(中国矿业大学(北京校区)燃料电池联合研究中心化学与环境工程学院,100083)

摘　要:本文试验研制了四种Fe -Cr 合金材料,其在900℃时的热膨胀率在10～11×10-3

范围内,其中Fe -

Cr -4合金的热膨胀率为10127×10

-3

,与钇稳定氧化锆(YSZ )相比,热膨胀率逐渐接近;与传统合金材料相比,

热膨胀率之差均有了明显下降,因而降低了界面热应力,有效改善层间的热失配现象.随着温度的升高,各合金

试样的电阻率呈平缓增大的趋势.在850℃时,四种合金试样的电阻率在0195～1117×10-3Ω?c m 范围内,其中Fe -Cr -4试样的电阻率较低,为1117×10-3Ω?c m,满足用作S OFC 连接体材料导电性能的要求.Fe -Cr

-1、4两种合金试样的抗氧化性能较好,随着氧化时间的延长,试样表面形成稳定的3Cr 2O 3Fe 2O 3氧化层,氧化

增重逐渐趋于稳定.累计氧化455h 后,Fe -Cr -1、4两种试样对应的氧化增重在010002g/g 左右;而Fe -Cr -2、3两种试样仍在010004g/g 以上.

关键词:膨胀率;高温电阻率;抗氧化性能;固体氧化物燃料电池中图分类号:T M911147

文献标识码:A

文章编号:1005-0299(2007)04-0534-03

Research of Fe -Cr a lloys properti es a t h i gh tem pera ture

HAN M in 2fang,Y ANG Zhi 2bin,Z HAO Xiao 2lin,WANG Huan

(China University ofM ining and Technol ogy,Beijing 100083,China )

Abstract:Four kinds of Fe -Cr ferric all oys were manufactured in this ex peri m ent .Their ther mal expansi on

rates at 900℃were bet w een 10～11×10-3(and the rate of sa mp le Fe -Cr -4was 10127×10-3

),which were cl ose t o yttriu m stabled zirconiu m (YSZ ).Compared with traditi onal all oy materials,the ther mal expansi on rate

margins were decreasing obvi ously,resulting in the decrease of ther mal stress and the i m p r ove ment of ther mal matching .The electrical resistance of the sa mp les increased s moothly with the increase of te mperature .The e 2

lectrical resistance of these four sa mp les was in the range of 0195～1117×10-3Ω?c m,and sa mp le Fe -Cr -4was 1117×10-3Ω?c m.Sa mp le Fe -Cr -1and Fe -Cr -4sho wed better perf or mance on oxidati on resistance,

for a 3Cr 2O 3Fe 2O 3oxidati on coating was for med on the sa mp le surface and the mass gain tended t o be stable with the oxidati on operati on p r ol onged .After 455oxidati on hours added up,the mass gain of sa mp le Fe -Cr -1and Fe -Cr -4was app r oxi m ately 010002g/g,yet sa mp le Fe -Cr -2and Fe -Cr -3above 010004g/g .

Key words:ther mal expansi on rate;electrical resistance at high te mperature;oxidati on resistance;Solid ox 2ide fuel cell

收稿日期:2004-09-01.

基金项目:教育部重点项目(6087);国家高技术发展计划资助项

目(2006AA11A189).

作者简介:韩敏芳(1967-),女,博士,副教授.

固体氧化物燃料电池(S OFC )作为新型发电系统而引人注目

[1,2]

.在固体氧化物燃料电池中,

连接体材料一方面在电池单元间起连接作用,导通电流;另一方面又将阳极侧的燃料气体与阴极侧氧化气体(氧气或空气)隔离开来,因此要求连接体材料具有与氧化锆电解质、阴极和阳极材料

相匹配的热膨胀性能,在高温下(最高1000℃)

氧化气氛(空气一侧)和还原(燃料气一侧)气氛中性能稳定,即抗氧化、耐高温腐蚀、气密性能良好,高温下导电性能优良和机械强度高等特点.

采用铬酸镧陶瓷作为连接体材料可以进行各种

电池试验[3-5]

,但是很难满足燃料电池实用化和大型化的需要.采用金属材料作连接体,例如不锈钢或因康镍合金(I nconel )耐热合金,虽然具有机械强度高的优点,但是在电池的工作温度下于金属的热膨胀系数大,固体电解质受到拉应力作用而破环,而且

在上述耐热合金表面上形成的氧化物膜的电阻也会

过大,这些都是问题[6]

.

基于上述需要出发,需要研制一种特殊的合金材料,具有与稳定化氧化锆相匹配的热膨胀性

能(10-12×10-6

/K ),优良的抗氧化性、良好的高温电导性和耐热性能,以满足延长其作为固体氧化物燃料电池连接体材料的寿命,并使固体氧化物燃料电池大型化的要求.

1　实　验

选定Fe -Cr 基合金体系,通过添加少量微量元素,例如N i 、A l 、Si 、Zr 等,限制C 、P 、S 等含量,来试图获得要求的材料性能.试验中按照理论设计配方组成配置原材料,采用常规的冶炼技术得到合金熔体,浇注成合金锭,然后经过锻造、轧制及切割制成测试所要求形状、尺寸试样.在Netzsch D il402C 型热分析仪上测试合金材料的热膨胀性能,在氮气保护下测试合金材料电导性能随温度的变化情况,在马弗炉中测试材料高温抗氧化性能和耐热性,用X 射线衍射仪对合金材料的物相进行定性分析.

2　结果和讨论

211　热膨胀性能

试验获得的Fe -Cr 合金材料的热膨胀性能见图1.在900℃时,YSZ 的热膨胀率为81810×10-3

,试验获得的Fe -Cr -1、2、3、4等四种合金材料的

热膨胀率则在10～11×10-3

范围内,其中Fe -Cr

-4合金的热膨胀率为10127×10-3

.与钇稳定氧化锆(YSZ )相比,热膨胀率η逐渐趋于接近;与传统合金材料相比,热膨胀率均有了明显下降

.

图1　合金材料(Fe -Cr )与钇稳定氧化锆(YSZ )热膨胀

性能比较

由于YSZ 和Fe -Cr 合金材料是两种热膨胀性能不同的材料,在界面处存在热应力.这种热应力是YSZ 和Fe -Cr 合金材料在冷却过程中收缩不一致所产生的.应力的大小与YSZ 和Fe -Cr 合金材料基体间热膨胀系数的差异成正比.

由表1可知,在500℃-1000℃范围内,YSZ

与试验获得的Fe -Cr 合金材料的热膨胀系数之

差在111-312×10-6c mc m -1K -1

范围内,且随着温度的升高,α值的变化幅度较传统合金材料而言要小得多,界面热应力也相应的大为降低,从而可以有效改善层间的热失配现象.

表1　合金材料(Fe -Cr)与钇稳定氧化锆(Y SZ)在不同

温度下的热膨胀系数之差

T/℃

热膨胀系数α×

10-6/cmc m -1K -1

热膨胀系数之差α×10-6c mc m -1K -1

Fe -Cr -1Fe -Cr -2Fe -Cr -3Fe -Cr -45009.206

2.478 2.506 2.469 1.6156009.425 2.361 2.296 2.356 1.5127009.618 2.402 2.122 2.391 1.3968009.792 2.553 2.468 2.517 1.1309009.945 2.797 2.883 2.688 1.6241000

10.11

2.974

3.220

2.787

2.134

在合金材料的组成中,添加少量微量元素有助于改善材料的热膨胀系数、电导率、耐热性和抗氧化性等.在材料制备中,主要依赖Cr 、N i 来改善合金材料的耐热性和降低其热膨胀性能,但由于N i 的抗氧化性能不好,所以要限制其用量.实验

优化的Cr 用量是18～25wt%,N i 为011～1wt%.

212　高温电导性能

试验获得的Fe -Cr 合金材料电导性能随温度的变化情况如图2所示.由图可看出,随着温度的升高,各合金试样的电阻率呈平缓增大的趋势.在850℃时,四种合金试样的电阻率在0195～

1117×10-3

Ω?c m 范围内,其中Fe -Cr -2试样

的电阻率较高,为1128×10-3

Ω?c m;Fe -Cr -4

试样的电阻率则为1117×10-3

Ω?c m ,均满足用作S OFC 连接体材料导电性能的要求.合金材料中含有少量A l 成分,比例为011～1wt%.高温下铝会部分氧化生成氧化铝,氧化铝导电性能较差,所以需要限制其用量.合金中的铝、铬共同作用,生成包含少量氧化铝的氧化铬层,在不降低其电导性能的同时,改善材料抗氧化性能.

图2　Fe -Cr 合金材料高温电导性能

213　抗氧化性能

耐热合金抗氧化性的评定,一般采用氧化增重或者氧化减重.图3是试验获得的Fe -Cr 合金材料在1000℃下恒温227h 后置于空气中自然

?

535?第4期韩敏芳,等:Fe -Cr 合金钢高温性能研究

氧化一年,再在1000℃下氧化228h 的增重曲

线.由图3可知,Fe -Cr -1、4两种试样的抗氧化性能较好,1000℃下累计氧化455h 后增重为010002g/g 左右;而Fe -Cr -2、3两种试样仍在010004g/g 以上.

合金中加入A l 可以有效改善其在高温下的抗氧化性,主要是A l 更容易与氧亲和,在表面形成氧化铝,具有更好的保护作用.考虑到氧化铝的导电性较差,用量增大会影响材料的高温电导性,故适当控制其用量在011～1%范围内.少量Si 的加入可以在保持电导率不下降的前提下,进一步改善材料在高温下的抗氧化性,同时改善材料在高温下的力学性能,特别是弹性,Si 的优化比例为011～115%.Zr 的加入可以有效改善合金在高温下的电导性和抗氧化性,Zr 的比例为011～1%.

图3　Fe -Cr 合金材料的氧化增重曲线

214　氧化层物相分析

图4是试验获得的Fe -Cr 合金材料在1000℃下恒温227h 后置于空气中自然氧化一年,再在1000℃下氧化228h 后的表面物相XRD 分析图谱.由图4可知,Fe -Cr -1、4两种试样表面主物相为3Cr 2O 3Fe 2O 3,Fe -Cr -2试样表面主物相为3Cr 2O 3Fe 2O 3和FeCr 2O 4.与其他三种不同,Fe -Cr -3中则以Cr 113Fe 017O 3为主

.

图4　Fe -Cr 合金材料表面组成XRD 分析图谱

联系图3中合金试样的抗氧化性能可知,试

样表面形成的3Cr 2O 3Fe 2O 3氧化层稳定,抑制了氧的进一步扩散.如Fe -Cr -1、4两种试样,表面以3Cr 2O 3Fe 2O 3氧化层为主,对应的氧化增重趋

于平缓,试样在1000℃下累计氧化455h 后增重在010002g/g 左右.而Fe -Cr -2、3两种试样,表面分别是FeCr 2O 4和Cr 113Fe 017O 3,上述两种氧化层对内部氧化的抑制作用不明显,试样在1000℃下累计氧化455h 后增重仍在010004g/g 以上.

3　结　论

(1)试验获得的Fe -Cr 合金材料在900℃时的

热膨胀率在10～11×10-3

范围内,其中Fe -Cr -4合金的热膨胀率为10127×10-3

.与钇稳定氧化锆(YSZ )相比,热膨胀率逐渐趋于接近;与传统合金材料相比,热膨胀率之差均有了明显下降,从而降低了界面热应力,有效改善层间的热失配现象.

(2)随着温度的升高,各合金试样的电阻率呈平缓增大的趋势.在850℃时,四种合金试样的电阻

率在0195～1117×10-3

Ω?c m 范围内,满足用作S OFC 连接体材料导电性能的要求.其中Fe -Cr -4试样的电阻率较低,为1117×10-3

Ω?c m.

(3)Fe -Cr -1、4两种合金试样的抗氧化性能较好,随着氧化时间的延长,试样表面形成稳定的3Cr 2O 3Fe 2O 3氧化层,氧化增重逐渐趋于稳定.累计氧化455h 后,Fe -Cr -1、4两种试样对应的氧化增重在010002g/g 左右;而Fe -Cr -2、3两种试样仍在010004g/g 以上.

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(编辑　张积宾)

?635?材　料　科　学　与　工　艺 第15卷　

氮含量对钒微合金钢组织性能的影响

氮含量对钒微合金钢组织性能的影响 张开华1雍岐龙2 （1. 攀枝花钢铁研究院，攀枝花617000；2.钢铁研究总院结构所，北京100081） 摘要为了研究钒的析出形式对微合金组织和性能的影响，检验了实验室轧制的不同氮含量的两种钒微合金钢的组织和性能，结果表明，在轧后水冷条件下，V钢的组织中仅有极少量的铁素体，而V-N钢有大量的晶界铁素体。在轧后空冷条件下，两种钢的组织均为铁素体+珠光体，V-N钢的铁素体晶粒比V钢细小，由于V-N钢中V(C,N)析出温度高，析出粒子粗大，对强度贡献较小，V-N钢的屈服强度和抗拉强度比V钢低，延伸率比V钢高。 关键词钒微合金钢组织性能氮含量 The Effect of Nitrogen on Micro-structure and Mechanical Properties of V-bearing Micro-alloying Steel Zhang Kaihua1 Yong Qilong2 (1．Panzhihua Iron and Steel Research Institute, Panzhihua, 617000； 2．Central Iron and Steel Research Institute ,Beijing，100081) Abstract The microstructure and mechanical properties of V-bearing micro-alloying steel of different nitrogen content have been studied at laboratory. The results show that the ferrite exists scarcely in V steel, and the grain boundary ferrite exists in V-N steel with water-cooling after rolling. With air-cooling after rolling, the temperature of V(C,N) presentation in V-N steel is higher that in V steel, the ferrite grain size of V-N steel is finer than that of V steel, the yield strength and tensile strength of V steel is higher than that of V-N steel, the elongation is lower than that of V-N steel. Key words vanadium, micro-alloying steel, structure, mechanical properties, nitrogen 1 引言 高强度微合金钢中，加入微合金元素的目的是产生晶粒细化和沉淀强化，提高钢材的性能。钒作为重要的微合金元素，其主要作用是强烈的沉淀强化作用以及易于控制。 在钒微合金化钢中，氮被认为是一种廉价的有效的微合金化元素，钒在钢中作用的大小与钢中的氮含量有很大的关系，有研究表明，在长棒材生产中，每增加0.001%的氮可提高强度约10MPa[1]，在现在，钒氮合金主要应用于以下几个方面：（1）高强度焊接钢筋等长棒材，在这类钢的生产中，一般终轧温度比较高（1000℃以上），冷却速度比较快，钒高温时析出很少甚至基本不析出，氮的加入增加了V(C，N)在铁素体低温析出的驱动力，随钢中氮含量的增加，V(C，N)析出相数量增加、颗粒尺寸和间距明显减小[2]。氮还改变了钒在相间的分布，低氮钢中近60%的钒固溶于基体，有约35%的钒以V(C，N)形式析出；而高氮钢中则完全相反，70%的钒以V(C，N)形式析出，仅剩20％的钒固溶于基体中[3]。（2）非调质钢，氮在非调质钢中的主要作用是：1）促进钒的析出，提高沉淀强化效果；2）细化晶粒；3）提高TiN的稳定性。(3)CSP高强度带钢，因为钒氮钢可以避免Nb钢铸坯裂纹问题，同时也可以通过析出强化提高强度。四是采用V-N微合金化技术与第三代TMCP工艺结合生产的高强度钢板，利用VN形成晶内铁素体(IGF)的技术来细化组织的方法，并与再结晶控轧工艺(RCR)相结合，细化铁素体晶粒。综上所述，钒氮合金的应用主要是：（1）利用钒的低温析出的沉淀强化。（2）利用钒的高温析出，促进晶内铁素体形核。

微合金元素在钢中的作用(精)

为了合金化而加入的合金元素, 最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用 : (1提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比 , 这是一般弹簧钢。 (3耐腐蚀性。硅的质量分数为 15%-20%的高硅铸铁,是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层 SiO 2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1锰提高钢的淬透性。 (2锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象; ②锰有促进晶粒长大的作用, 因此锰钢对过热较敏感 t 在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过 1%时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1铬可提高钢的强度和硬度。 (2铬可提高钢的高温机械性能。 (3使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性

(4阻止石墨化 (5提高淬透性。 缺点:①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3改善钢的加工性和可焊性。 (4镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱和大气的腐蚀。 5、钼在钢中的作用 (1钼对铁素体有固溶强化作用。 (2提高钢热强性 (3抗氢侵蚀的作用。 (4提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6、钨在钢中的作用 (1 提高强度 (2提高钢的高温强度。 (3提高钢的抗氢性能。 (4是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。

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；

合金钢中各元素对其性能的影响

合金钢中各元素对其性能的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23％超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2％的硅，强度可提高15－20％。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4％的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50％。在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40％。含锰11－14％的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5％的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形

高温合金切削特点

切削特点 a、切削力大：比切削45号钢大2～3倍。 b、切削温度高：比切削45号钢高50％左右。 c、加工硬化严重：切削它时的加工表面和已加工表面的硬度比基体高50～100％。 d、刀具易磨损：切削时易粘结、扩散、氧化和沟纹磨损。 刀具材料 a、高速钢：应选用高钒、高碳、含铝高速钢。 b、硬质合金：应采用YG类硬质合金。最好采用含TaC或NbC的细颗粒和超细颗粒硬质合金。如YG8、YG6X、YG10H、YW4、YD15、YGRM、YS2、643、813、712、726等。 c、陶瓷：在切削铸造高温合金时，采用陶瓷刀具也有其独特的优越性。 刀具几何参数 变形高温合金(如锻造、热轧、冷拔)。刀具前角γ0为10°左右；铸造高温合金γ0为0°左右，一般不鐾负倒棱。刀具后角一般α=10°～15°。粗加工时刀倾角λs为-5°～-10°，精加工时λs =O～3°。主偏角κr为45°～75°。刀尖圆弧半径r为0.5～2mm，粗加工时，取大值。 切削用量 a、高速钢刀具：切削铸造高温合金切削速度Vc为3m/min左右，切削变形高温合金Vc=5～10m/min。 b、硬质合金刀具：切削变形高温合金Vc：40～60m/min；切削铸造高温合金Vc=7～10m/min。进给量f和切削深度αp均应大于0.1mm，以免刀具在硬化后的表面进行切削，而加剧刀具磨损。 切削液 粗加工时，采用乳化液、极压乳化液。精加工时，采用极压乳化液或极压切削油。铰孔时，采用硫化油85～90％+煤油10～15%，或硫化油(或猪油)+CCl4。高温合金攻丝十分困难，除适当加大底孔直径外，应采用白铅油+机械油，或氯化石蜡用煤油稀释，或用MoS2油膏。 高温合金钻孔

常用合金钢

常用合金钢（知识扩展）一.合金钢分类与编号二.低合金结构钢Q345、Q420 三. 机器零件用钢40Cr、65Mn、60Mn2Si、20Cr、20CrMnTi、GCr15 四.合金工具钢9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr124Cr5MoSiV 五.特殊性能钢1Cr13、9Cr18、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13 合金钢分类 1.按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类低合金钢（合金总量低于5 %）中合金钢（合金总量为5 %～10 %）高合金钢（合金总量高于10 %）2.按用途分类：按用途分类：按用途分类合金结构钢低合金结构钢(也称普通低合金钢) 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢) 合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢) 量具用钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金钢编号首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明:平均质量分数少于 1.5%时不标数, 平均质量分数为 1.5%～2.49%、 2.5%～3.49%……时,相应地标以2、3……。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%(特例)的滚珠轴承钢. Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于 1.5%的易切削钢. 普通低合金钢Q345 用途主要用于制造桥梁,船舶,车辆,锅炉,压力容器,输油输气管道,大型钢结构等.在热轧空冷状态下使用,组织为细晶粒的F+P,不再热处理. 化学成分wt% C Mn Si V Nb Ti 0.015 0.18 ～ 1.0 ～0.55 0.02 0.20 1.6 ～0.15 ～0.06 厚度mm <16 16～35 35～50 σs MPa ≥345 ≥325 ≥295 σb MPa 470～630 0.02 ～0.2 机械性能δ5 % Akv(20℃) J 34 21～22 GB/T1591-1994 Q345包括旧钢号12MnV ,14MnNb ,16Mn ,18Nb ,16MnCu Q420 普通低合金钢在正火状态下使用,组织为F+S 化学成分wt% V Nb Ti 0.02 ～0.2 0.015 ～0.06 0.02 ～0.2 δ5 % C ≤0.20 厚度mm <16 Mn Si Cr ≤0.40 Ni ≤0.70 1.0 ～0.55 1.7 34 18～19 16～35 GB/T1591-1994 ≥380 35～50 Q345包括旧钢号15MnVN ,14MnVTiRE 机械性能σs MPa σb MPa ≥420 520～680 ≥400 Akv(20℃) J 合金调质钢(低淬透性) 40Cr 热处理毛坯尺寸＜25mm 用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓、进气阀主要化学成分wt% C Mn Si Cr Mo 机械性能（≥）退火态H B 淬火℃回火℃σb σs δ5 ψ Akv % % J MP MP a a 0.37 0.5 0.17 0.8 0.07 850 520 980 785 9 45 47 2 0 油水～～～～～0.44 0.8 0.37 1.1 0.12 7 油（GB/T3077－1999）合金弹簧钢钢号C 65Mn 60Mn2Si 主要成分w % Mn Si Cr 热处理淬火℃回火℃机械性能σs MPa σb MPa δ10 ψ % % 65Mn 0.62 ～0.70 60Si2 0.56 Mn ～0.64 0.90 ～1.20 0.60 ～0.90 0.17 ～0.37 1.50 ～2.00 ≤ 830 540 0.25 油800 1000 8 30 ≤ 870 480 1200 1300 5 0.35 油GB/T1222-1985 25 65Mn 60Mn2Si钢应用举例：截面≤25mm的弹簧，例如车箱缓冲卷簧合金渗碳钢(低淬透性合金渗碳钢低淬透性) 20Cr 低淬透性用途：可制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷机械性能（≥）主要化学成分wt% 热处理℃C Mn Si Cr 渗预淬回σb σs δ ψ Akv 5 碳备火火MP M J % % a P 处 a 理0.17 0.5 0.20 0.7 9 ～～～～3 0.24 0.8 0.40 1.0 0 8 8 0 水油780 2 0 ～820 0 水, 油8 3 5 5 4 0 毛坯尺寸m m 10 4 47 ＜0 1 5 GB/T3077-1999 合金渗碳钢(中淬透性合金渗碳钢中淬透性) 中淬透性20CrMnTi 主要化学成分wt% C Mn Si Cr Ti 毛渗预淬回σb σs δ ψ Ak 坯尺v 碳备火火MP MP % % 2 0 寸处℃m a a 理J m 9 3 0 8 8 0 油7 2 7 0 0 0 油1 85 1 4 55 < 0 0 0 5 15 8 GB/T3077-1999 0 热处理℃机械性能（≥）0.17 0.80 0.1 1.0 7～～～～0.23 1.10 0.3 1.3 7 0.04 ～0.10 滚珠轴承钢GCr15 用途：制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),内外套圈等. 或制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件. 淬回

微合金钢

微合金钢 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti 等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。 微合金化钢的基本属性：(1)添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 (2)这些元素加进量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化。 (3)钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫作新型低合金高强度钢的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相承，是微合金化钢设计和生产的重要条件。 因此说，微合金化钢是指化学成分规范上明确列进需加进一种或几种碳氮化物形成元素的钢。如GB/T 1591—94中Q295一Q460的钢，对其中Nb、V、Ti的含量通常有以下规定： (1)Nb，0.015％～0.06％； (2)V，0.02％～0.15％(0.20％)； (3)Ti，0.02％～0.20％。 同时规定Nb+V+Ti≤0.15％。微合金化的高强度低合金钢。 它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。 典型的微合金钢有15MnVN和06MnNb。微合金钢中含有一种或几种微合金元素，其含量大约在0.01％～0.20％之间。 微合金钢由于屈服强度高、韧性好、焊接性和耐大气腐蚀性好，可用于大型桥梁建筑，制造各类车辆的冲压构件、安全构件、抗疲劳零件及焊接件，它也是锅炉、高压容器、输油和输气管线，以及工业和民用建筑的理想材料。 关于微合金钢中Nb的析出对变形诱导铁素体相变的影响有两种不同观点:一是认为在变形过程Nb通过动态析出消耗形变储能而抑制变形诱导铁素体相变; 微合金钢就是这些“高技术钢材”中用量最大的一种。 处理办法：微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10—20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42—X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢（主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内）产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业最富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了： ①低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和最新成就。 ②低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通

(新)耐热钢及高温合金_

耐热钢及高温合金 耐热钢及高温合金 各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。为此，要求钢在高温下应具有 (1)抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 (2)在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性 (3)具有良好的加工性能及焊接检 (4)按照不同用途有合理的组织稳定性。 耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、炉栅等。它们工作时的主要失效形式是高温氧化。而单位面积上承受的载荷并不大。热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变

形或 断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要原因是高温下强度不够。 1 钢的热稳定性和热稳定钢 一、钢的抗氧化性能及其提高途径 工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。 除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。 二、热稳定钢 热稳定钢(又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏体A型热稳定钢两类。 F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。根据使用

温度，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和Cr25型钢等。F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。 A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。 2 金属的热强性 一、高温下金属材料力学性能特点 在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。热强性系指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。由此可见在评定高温条件下材料的力学性能时，必须用热强性来评定。热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。 瞬时性能是指在高温条件下进行常现力学性能试验所测得的性能指标。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。其特点是高温、短时加载，一般说来瞬时性能P是钢热强性的一个侧面，所测得的性能指标一般

微合金钢

发展中国家微合金钢的潜力 Geoffrey Tither Niobium Products Company Inc. Pittsburgh, PA 1．简介 在发展中国家，并不总是适合投资大型、现代化的厚板或热轧/冷轧机组，尤其在未经细致的市场调研的情形下，其实是不明智的。这是因为成本投入巨大，并在许多方面，由于考虑剧烈的竞争－衰退周期，能实现的盈利很少。 一个更明智的方法是开发的产品能在小型工厂更经济的生产，从而只需较少的投资。诸如紧固件、冷镦部件、拉拔线材、汽车锻件及工业、农业机械用锻件等是发展中国家在微合金钢开发和应用方面有待开拓的领域。这是由于微合金钢比普通合金钢成本低，并且在许多方面，微合金钢可减免制造工序，从而实现比单单合金节省更显著的节约。 本文讨论微合金化的基本概念，但主要侧重于微合金钢的商用场合。 2．微合金钢设计 微合金钢可定义为单独或者复合添加少量Nb、V、Ti和Al的低碳至中碳钢。对机械性能的影响是基于这些微合金元素形成碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物在再加热及后续过程中全部或部分溶解。溶解和析出的动力学决定着通过微合金化所能获得效果。溶解程度依赖于加热温度、保温时间、加热和冷却速率、碳氮化物的溶度积。各种微合金碳化物、氮化物的溶度积如图1所示。 图1 微合金碳化物、氮化物的溶度积

低碳高韧高强度低合金钢（HSLA）的实质是通过相变获得细小铁素体晶粒。晶粒细化是唯一同时改善韧性的强化机制。 而对于中碳钢，珠光体团尺寸和珠光体片厚度决定韧性，前者受奥氏体晶粒尺寸影响，后者受碳含量影响，碳含量越低，渗碳体片越薄，韧性越好。另一方面，珠光体片间距决定珠光体钢的强度，片间距受珠光体转变温度控制。相变温度越低，片间距越小，强度越高。 再加热过程中各种微合金元素对晶粒粗化的影响如图2所示（2）。如图所示，高温状态阻止晶粒粗化的效果，Nb比V、Al更为有效，而Ti，通常以TiN微粒弥散分布，是最有效的。为使TiN有效阻止晶粒粗化，必须使Ti:N满足化学计量比，以保证TiN颗粒尺寸处于100－500nm。偏离化学计量比将致使TiN逐渐失效，事实上将减慢凝固冷却，因此，铸锭浇铸通道变得不合适。 图2 各种微合金钢奥氏体晶粒粗化特性 上述阻止晶粒粗化的效果，例如对于正火钢，特别是含量较低时（0.02-0.04％）,添加Nb作为晶粒细化剂十分有效，见图3（3）。 图3 Nb、V、Ti对正火型HSLA钢晶粒尺寸的影响 在正火处理或随后的热变形冷却过程中，对于Nb和V，两种主要效应可能依赖于冷却前仍处于固溶态的微合金元素含量和随后的冷却速率。例如，固溶态的Nb有显著的硬化效

4130合金钢成分及性能

合金结构钢介绍 这类钢,由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件。 4130结构钢 4130结构钢具有高的强度和韧性，淬透性较高，在油中临界淬透直径15～70mm；钢的热强度性也较好，在500℃以下具有足够的高温强度，但550℃时其强度显著下降；当合金元素在下限时焊接相当好，但接近上限时焊接性中等，并在焊前需预热到175℃以上；钢的可切削性良好，冷变形时塑性中等；热处理时在300～350℃的范围有第一类回火脆性；有形成白点的倾向。 4130结构钢性能及应用 合金结构钢4130 标准：ASTM A29/A29M-04 这种钢通常是在调质状态下使用，当含碳量为下限的钢也可用作要求心部强度较高的渗碳钢。在中型机械制造业中主要用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件，如轴、主轴以及受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等；在化工工业中用来制造焊接零件、板材与管材构成的焊接结构和在含有氮氢介质中工作的温度不超过250℃的高压导管；在汽轮机、锅炉制造业中用于制造 450℃以下工作的紧固件、500℃以下受高压的法兰和 4130结构钢化学成分 碳 C ：0.28～0.33 硅 Si：0.15～0.35 锰 Mn：0.40～0.60 硫 S ：允许残余含量≤0.040 磷 P ：允许残余含量≤0.035 铬 Cr：0.80～1.10 镍 Ni：允许残余含量≤0.030 铜 Cu：允许残余含量≤0.030 钼 Mo：0.15～0.25[2]

合金钢练习题及参考答案

（合金钢） （一）填空题 1. 根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为、、 三大类。 2. Q235AF表示σs = MPa，质量为级的钢。 390A表示σs =MPa，质量为级的钢。 4.钢中提高淬透性元素的含量大，则过冷奥氏体，甚至在空气中冷却也能形成马氏体组织，故可称其为空淬钢。 5.高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（500～600℃）仍保持高硬度（≧60HRC），这种性能称为。 6.易切削钢是指钢中加入 S，Pb、等元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的化合物，来改善钢材的切削加工性。 7.钢的耐热性是和的综合性能。耐热钢按性能和用途可分为和两类。 8.常用的不锈钢按组织分为、、。 （二）判断题 1.随着合金元素在钢中形成碳化物数量的增加，合金钢的硬度、强度提高，塑性、韧性下降。（） 2.合金元素中的镍、锰等合金元素使单相奥氏体区扩大。（） 3.高速钢的铸态组织中存在莱氏体，故可称为莱氏体钢。（） 4.高熔点的合金碳化物、特殊碳化物使合金钢在热处理时不易过热。（） 5.由于合金钢的C曲线向右移，临界冷却速度降低，从而使钢的淬透性下降。（） 钢属于非合金钢。（）

7.合金渗碳钢是典型的表面强化钢，所以钢中含碳量w ＞％。（） C 8.截面较大的弹簧经热处理后一般还要进行喷丸处理，使其表面强化。（） 钢中铬的质量分数为％，只能用来制造滚动轴承。（） 是应用最广泛的合金调质钢。（） （三）选择题 1.钢中的元素引起钢的热脆，钢中元素引起钢的冷脆。 C. Si 2.含有Cr、Mn、Mo、W、V的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化并淬火后，至500～600℃回火时，硬度回升的现象，称为。 A.回火稳定性 B.回火脆性 C.二次硬化 3.制造截面尺寸在30mm以下的汽车变速齿轮、轴等，选用。 A. 20Cr 4.机床齿轮、轴、汽车半轴，常选用。 .45 C 5.截面较大，形状复杂、工作条件繁重的各种冷冲模用。 12A 12 C 6.大多数合金元素都能溶于铁素体，产生固溶强化，使铁素体。 A. 强度、硬度提高 B.塑性下降 C.韧性下降 7.滚动轴承的锻件毛坯必须经处理。 A.正火 B.完全退火 C.球化退火 8.弹簧钢的热处理采用处理。

高温合金的性能

高温合金是在高温下具有较高力学性能、抗氧化和抗热腐蚀性能的合金。高温合金按基体成分可分为镍基高温合金、铁镍基高温合金和钴基高温合金，其中镍基高温合金发展最快，使用也最广，铁镍基高温合金次之。按强化方式分为固溶强化合金和析出强化合金（或称时效沉淀强化合金）等。按成型方式和生产工艺分为变形合金、铸造合金、粉末冶金合金和机械合金化合金。 固溶强化高温合金的基体为面心立方点阵的固溶体，在其固溶度范围内通过添加铬、钴、钼、钨、铌等元素，提高原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体。固溶强化的效果取决于合金化元素的原子尺寸及加入量。原子半径较大、熔点较高的钼和钨具有较好固溶强化作用，两者总含量可达18%~20%。铬可防止高温氧化和热腐蚀，但含量过高会降低γ’相的固溶度，使合金的热强性下降。镍基固溶强化高温合金一般均具有优良的抗氧化、抗热腐蚀性能，塑性较高、焊接性能好，但热性相对较低。铁镍基固溶强化高温合金，虽然与镍基固熔强化高温合金相比在热强性、抗氧化和抗热腐蚀等方面略差一些，但仍具有良好的力学性能、较好冷热加工工艺性能和焊接性能。 析出强化高温合金是在固溶强化高温合金的基础上，通过添加较多的铝、钛、铌等元素而发展的。这些无元素除了强化固溶体外，通过时效处理，与镍结合形成共格稳定、成分复杂的Ni3(Al Ti)相(也就是γ’相，具有长程有序的面心立方结构)或Ni3(Nb AI Ti)相（也就是γ’’相，有序体心四方结构）金属间化合物，同时钨、钼、铬等元素与碳形成各种碳化物（如MC M6C M23C6等）由于γ’(γ’’)相和碳化物存在，使合金的热强性大大提高。此外，这类合金中还可以加入微量的硼、锆和稀士元素、形成间隙相，强化晶界。近年来发展的一些合金，往往采用固溶，析出和晶界多种方式强化，使合金具有优良的综合性能。随着AI Ti Nb 等γ’(γ’’)相形成元素含量的提高，其强化效果也增大，热强性提高，但合金的冷热加工性能和焊接性能随之下降。一般认为，AI+Ti含量大于6%（原子百分数）的高温合金焊接就很困难。镍基析出强化高温合金具有很好的热强性、抗氧化和抗腐蚀性能，正如前面所提到的冷热加工性能和焊接性能较固溶强化高温合金差。但是，在固溶状态下，有些镍基析出强化高温合金还是具有良好塑性和焊接性。铁镍基析出强化高温合金要中温下具有较高的热强性、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能。在固溶状态下，冷热加工性能和焊接性能同镍 基析出强化高温合金相类似。无论镍基析出强化高温合金还是铁镍基析出强化高温合金，当加入更多的钼、钛、硼等强化元素时，使其冷热加工塑性下降，只能通过铸造成型，一般铸造合金的焊接较为困难。 氧化物弥散强化是在基体中加入一定量细小的弥散分布的氧化颗粒，对基体进行强化，使合金具有很高的强度和某些特性。合金TDNi TDNiCr是镍和镍铬基中加入2%左右氧化钍（ThO2）颗粒强化，由于这种合金中的氧化钍在高温下不易聚集长大、不溶于基体，同时合金的熔点高，晶粒极细，在1000~12000C下仍有较高的强度，抗疲劳性能高，缺口敏感小，室温塑性较好，可轧成棒和板材。氧化物弥散强化ODS合金是利用氧化物（如Y2 O3和AI2O3）强化的合金，这类合金的采用特殊的粉末冶金工艺生产，经锻压制成材。氧化物弥散强化合金，具有很高的持久蠕变性能，是很有发展前途的新型高温材料，其缺点是成功率低，塑性焊接性和耐蚀性差，有待解决。 高温合金性能主要取决于合金成分和它的组织结构，如前面所述，难熔金属元素Mo W以及CO起到固溶强化作用，AI Ti Nb 等γ’形成元素起到析出强化作用。一般认为，强化效果应该计算W+MO和γ’形成元素的总量，而CO和Cr居于次要地位，合金的持久强度随着合金元素总量的增加而提高。现在大量研究表明，高温合金中加入微量的B Zr Ce 和Mg等元素能显著改善晶界状况，提高合金的蠕变性能，但要注意这些元素的加入量一定要严格控制，否则就会产生有害的作用，如使合金脆化，形成低熔化合物等。

VN微合金化超细晶高强钢的组织性能研究

第2期总第192期 冶金丛刊 Sum．192No．2 2011年4月METALLURGICAL COLLECTIONS April 2011 作者简介：高吉祥（1973－），男，高级工程师，博士， 2004年毕业于华南理工大学.VN 微合金化超细晶高强钢的组织性能研究 高吉祥 1，2 李春艳 2 朱达炎 2 谢利群 2 （1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东，广州510640；2．广钢集团技术中心，广东，广州， 510730）摘 要 基于电炉薄板坯连铸连轧流程氮高的特点，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连铸、均热、轧制和 冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板。钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．0 4．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能，满足汽车、工程机械制造等行业的要求。关键词 薄板坯连铸连轧；VN 微合金化；超细晶高强钢 中图分类号：TG142．1 文献标识码：A 文章编号：1671－3818（2011）03－0022－03 STUDY ON MICROSTRUCTURE AND PROPERTY OF VN MICRO-ALLOYING ULTRA-FINE GRAIN HIGH STRENGTH STEEL Gao Jixiang 1， 2 Li Chunyan 2Zhu Dayan 2Xie Liqun 2 （1．School of Mechanical ＆Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，510640，Guangdong ；2．Technology Center of GISE ，Guangzhou ，510730，Guangdong ） Abstract Based on characteristics of high N in EAF-TSCR ，using the design of VN micro-alloying ， controlling the steelmaking ，continuous casting ，soaking ，rolling and cooling processes ，the VN Micro-al-loying ultra-fine grain high strength steel was developed．The strip yield strength reached 550MPa grade ，ferrite grain size reached 3．0to 4．0microns．The strip has good toughness ，cold formability and weld-ability which met the requirements of automotive ，mechanical industry and other industry．Key words Thin slab casting and rolling ；VN micro-alloying ；ultra-fine grain high strength steel 提高钢铁材料的强度是实现用钢行业节能减排的有效手段。提高钢铁材料强度的途径有固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相粒子的析出强化等等。其中细晶强化效果最为明显，也是唯一的强度与韧性同时增加的机制［1］ 。薄板坯连铸连轧流程 由于其铸坯薄、 拉速快、板坯温度均匀性好的特点，更适合于高强度钢的生产。珠钢针对电炉薄板坯连 铸连轧流程自身原料的特点，钢水的氮含量比转炉的高，采用VN 微合金化的成分设计，通过炼钢、连 铸、 均热、轧制和冷却各工艺过程的控制研究，开发了VN 微合金超细晶高强钢板［2］ 。钢板屈服强度达到了550MPa 级，铁素体晶粒尺寸达到了3．0 4．0μm ，具有良好的韧性、冷成形性能和焊接性能。 1 成分设计及工艺控制技术 1．1 成分设计 VN 的溶解度在铁素体与奥氏体中都比VC 低得多。因此VN 的形成有更大的化学驱动力，容易形成体积分数大且稳定性高（粗化倾向小）的细小弥散颗粒，对铁素体尺寸进行细化，同时随着氮含量的增加，沉淀颗粒变得越来越小，数量不断增加。氮含量的增加还可以促进沉淀颗粒的成核，防止颗粒粗化，充分发挥微合金化元素在钢中的关键作用 ［3］ 。 珠钢发挥电炉钢水中约0．007%的氮含量优势， 同时加入VN 合金增氮，才能使钢中的含氮量在0．02%以上。 试验钢的化学成分设计见表1［4，5］ 。 1．2 生产流程及工艺控制技术 珠钢生产工艺流程为废钢料→150吨超高功率

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