1、4. 微合金元素在控制軋制中的作用HSLA鋼中常用合金元素及夾雜元素分類： 1)微合金化元素：鈮(Nb)、釩(V)、鈦(Ti)、鋁(Al)和硼(B)。 2)置換元素：硅(Si)、錳(Mn)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鉻(Cr)。 3)夾雜及硫化物形狀控制的添加元素：磷(P)、硫(S)、鈣(Ca)、稀土金屬(REM)及鋯(Zr)。 影響鋼的塑性。控制鋼的強度、韌性、相變顯微組織微合金化元素:特點：與碳、氮結合成碳化物、氮化物和碳氮化物，高溫下溶解，低溫下析出。作用：(1)加熱：阻礙原始奧氏體晶粒長大；(2)軋制：抑制再結晶及再結晶后的晶粒長大；(3)低溫：析出強化作用。 圖4-1 中碳

2、化物和氮化物的溶度積 特點：TiN： VC： NbC和TiC：(2)晶格結構特點；(3)氮化物與碳化物的比較；(4)含鈦鋼：首先形成氮化鈦。圖4-2 晶粒尺寸與加熱溫度的關系特點：（1）鈮鋼：（2）釩鋼和Si-Mn鋼：（3）鈦鋼：機理：沉淀對奧氏體晶粒邊界起釘扎作用使鈦鋼具有高于1250的極高的晶粒細化溫度。對晶粒的細化作用：4.2 控制軋制過程中微合金元素碳氮化合物的析出4.2.1 各階段中Nb(C、N)的析出狀態 (1)出爐前：加熱到1200C，均熱2h：90%以上鈮都固溶到奧氏體基體中，有極少數粗大Nb(C、N)沒有固溶到奧氏體中。1260C ：保溫30min，Nb(C、N)全部溶解。

3、(2)出爐后到軋制前： 在軋制前，從固溶體中析出Nb(C、N)數量很少。出爐后尚未變形加熱1200 C ，分別冷到1050 C 、930 C 、820 C ，鋼中析出物數量與1200 C時未固溶的量相當。(3)在變形奧氏體中：圖4-3 鋼中析出Nb量與變形變量和變形后停留時間的關系Nb(P)：在沉淀相中的Nb量占鋼種Nb量的% 為未變形的奧氏體；為形變量43%；為形變量73%在900C變形后Nb(C、N)析出的質點：3050；9001000C：約為50125 ；在10001200C ：為115270 。析出質點大小與與變形溫度、保溫時間有關。Nb(C、N)平均析出速度：高溫、低溫析出都很慢。終

4、軋溫度的影響：高溫軋制后（再結晶軋制，如1050C）:鈮的平均析出速度不大、析出顆粒較大（ 200 左右）。原因:低溫軋制后（未再結晶軋制，如900800C） ：加大了鈮的析出速度,析出顆粒細（ 50100 ）。原因:控制軋制就是應用這種微細的Nb(C、N)析出質點固定亞晶界而阻止奧氏體晶粒再結晶，達到細化晶粒的目的。（5）在鐵素體內相變后內剩余的固溶鈮繼續析出，質點大小決定于冷卻速度。（6）冷卻到室溫，1015左右的鈮未從鐵素體中析出。(4) 奧氏體向鐵素體轉變過程中碳氮化物在和中的溶解度不同相變后，產生快速析出。相間析出（相間沉淀）：冷卻速度大、析出溫度低相間沉淀排間距小析出質點也小。析出

5、時間長質點長大。4.2.2 影響Nb(C、N)析出的因素(1)變形量和析出時間圖4-6 在含有0.06%C、0.041%Nb和0.0040%N的鋼中，變形量對沉淀的影響1-67%變形；2-50%變形；3-33%變形；4-17%變形隨變形量增加，析出量增加。 開始隨時間增長而增加，但很快達到飽和。(2)變形溫度圖4-7 溫度-時間-沉淀動力學曲線、形變對沉淀動力學的影響規程1：在再結晶區變形、發生了再結晶規程2：附加有未再結晶區變形、未發生再結晶1）析出量相等時，未再結晶區軋制所需時間短。原因：2）析出量一定時，在高溫所需等溫時間短，低溫所需等溫時間長。 (3)鋼的成分變化曲線鋼號鈮，%氮，%碳

6、，%鉬，%123476320D43D4532675A0.040.040.050.0450.0030.0080.0050.0060.190.100.120.10-0.230.17圖4-8 鈮鋼經50%變形后在900C 時的沉淀圖不同成分的鋼隨析出時間增加析出量都增加，但鋼的成分不同，析出量不同。4.3 微量元素在控制軋制控制冷卻中的作用4.3.1 加熱時阻止奧氏體晶粒長大圖4-9 碳化物及氮化物形成元素的含量對奧氏體晶粒粗化溫度的影響作用：鈮、鈦含量在0.10%以下時，可以提高奧氏體粗化溫度到1050-1100C，作用明顯。釩在小于0.10%時，阻止晶粒長大的作用不大，當鈮和釩含量大于0.10%

7、時，隨合金含量的增多粗化溫度繼續提高，當含量達到0.16%時則趨于穩定，粗化溫度不再提高。NbVTi高度彌散的碳氮化物小顆粒，對奧氏體晶界起固定作用，阻止晶界遷移，阻止晶界長大。圖4-10 鈮對三種基本成分相同鋼的奧氏體晶粒度的影響（1h，加熱到1250C)4.3.2 再結晶的延遲(1) 微合金元素的作用圖4-11 不同含鈮量的0.002%C-1.54%Mn鋼中，鈮含量對軟化行為的影響含鈮量增加，再結晶開始時間顯著延長。含碳0.002鋼中，幾乎所有鈮原子均會固溶，會延遲回復和再結晶的發生。圖4-3 中的靜態再結晶動力學(a)Si-Mn鋼；(b)含0.04%Nb的鋼預應變為0.50圖4-4 中的

8、靜態再結晶動力學含0.08%Ti的鋼；(b)含0.10%V的鋼 變形溫度900C預應變為0.50（2）溫度的作用圖4-12 含鈮或不含鈮的0.002%C-1.56%Mn鋼的軟化行為與溫度的關系而對于含鈮鋼，隨溫度的下降，再結晶開始受到顯著延遲。 （3）溫度和含碳量的作用圖4-13 含鈮0.097%的鋼中，溫度和含碳量對軟化行為的影響含碳較高的鋼在900C和850C時，軟化速率比含碳低的鋼慢得多，而在1000C時，這兩種鋼幾乎表現出相同的軟化行為。 圖4-14 0.002%C-0.097%Nb鋼、0.006%C-0.097%Nb鋼和0.019%C-0.095%Nb鋼于900C時，碳氮化鈮應變誘發

9、沉淀析出的過程圖4-15 0.002%C鋼、0.002%C-0.097%Nb鋼和0.019%C-0.095%Nb鋼的再結晶-速度-溫度-時間和沉淀析出-溫度-時間曲線的疊加溶質鈮只有在應變誘發沉淀出現時，才能起到延遲回復和再結晶作用。 （4）微合金元素對動態再結晶臨界變形量的影響機理：1）合金元素偏析于晶粒邊界而引起的溶質原子的拖拉作用；2）合金元素的碳氮化合物在晶界沉淀而引起的釘扎作用。圖4-9 實驗鋼1000C變形時真應力-真應變曲線（5） 微合金元素對再結晶數量的影響圖4-10 1000C終軋后晶粒再結晶面積百分率與析出Nb量的關系（6） 微合金元素對再結晶速度的影響圖4-11 鈮對含有

10、0.05%C、1.8%Mn鋼再結晶速度的影響（7） 微合金元素對靜態再結晶臨界變形量的影響 圖4-13鈮對奧氏體再結晶臨界壓下率的影響（1道次）1-加熱溫度1250C，0.13%Nb，晶粒度：1.7級2-加熱溫度1250C，0.03%Nb，晶粒度：2.8級3-加熱溫度1150C，0.03%Nb，晶粒度：2.4級4-加熱溫度1250C，不含Nb，晶粒度：0.4級（8） 微合金合金元素對再結晶晶粒大小的影響圖4-15 在普碳鋼和含鈮鋼中，單道次的變形量和變形溫度對再結晶奧氏體晶粒尺寸的影響圖4-14 鈮對熱軋1道次后的再結晶晶粒度的影響（不含鈮鋼和含0.03%鈮的鋼的基本成分相同）1-加熱狀態下含

11、0.03%Nb的鋼2-加熱到1250C后壓下65%并且再結晶終了的不含鈮鋼3-加熱到1250C后壓下70%并且再結晶終了的含0.03%鈮鋼總結：鈮在奧氏體中存在形式：1)加熱時尚未溶到奧氏體中的Nb(C、N)；2)固溶到奧氏中的鈮；3)加熱時溶解、軋制過程中又由奧氏體中重新析出的Nb(C、N)。軋制的不同階段，其阻止奧氏體再結晶是不同的。圖4-16 含鈮鋼在變形50%以后等溫時間內的再結晶與沉淀（0.10%C、0.99%Mn、0.04%Nb、0.008%N）1-100%再結晶；2-50%再結晶；3-0%再結晶；4-20%沉淀；5-50%沉淀；6-75%沉淀；7-100%沉淀4.3.3 晶粒細化和沉淀硬化 圖4-5 強度和韌-脆轉變溫度與含鈮量和含鈦量的關系鈮的碳化物或氮化物和碳化鈮引起的晶粒細化和沉淀硬化。后者的強化效果與加熱時溶解的鈮或鈦的含量有關。實驗條件：0.10%C0.25%Si1.50Mn，加熱溫度及終軋溫度分別為1100和780，900以下的總壓下率為70。 圖4-6 0.035%Nb鋼和0.15%Mo-0.035%Nb鋼，強度和韌-脆轉變溫度與含鈮量和含釩量的關