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铌、钒、钛微合金化元素各有什么特性
钢的焊接性、成型性和断裂韧性要求钢中有较少的非金属夹杂物,控制低氧含量和低硫含量是生产高质量低合金钢的必要条件。为此,首先是铝,有效地脱氧和形成AlN对细化晶粒起作用,已被利用达半个多世纪。Ca和RE也被广泛应用,对硫化物形态控制十分有效。但真正意义的碳氮化物形成元素,则是Nb、V、Ti。
  Nb、V、Ti与Er、Hf、Ta、Cr、Mo、W等元素均为难熔金属,分属于元素周期表的ⅣB、VB和ⅥB族,均具有形成氮化物和碳化物的能力。Nb、V、Ti与Fe原子的半径差很小,且氮化物和碳化物的面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性,在一定的条件下既可以溶入又可以析出。
  (1)形成氮化物和碳化物可能性比较。Ti的氮化物是在钢水凝固阶段形成的,实际上不溶于奥氏体,因此能在钢的热加工加热过程和焊接时的焊缝中控制晶粒尺寸,另外由于形成TiN,可以消除钢中自由氮,对抗时效有好处。V的氮化物和碳化物在奥氏体内几乎完全溶解,对控制奥氏体晶粒不起作用。V的化合物仅在γ-α相变过程中或相变之后析出,析出物非常细小,有十分显著的析出强化效果。Ti的碳化物和Nb的氮化物、碳化物可在高温奥氏体区内溶解,又在低温奥氏体区内析出。Nb、V、Ti对奥氏体晶界的钉扎作用可使相变后铁素体晶粒得到细化。
  (2)对形变再结晶影响的比较。固溶的溶质原子对扩散控制的反应或相变有拖曳作用,从而使再结晶过程推向较高的温度,而碳氮化物的析出既促进相变的生核,又阻滞二次晶粒的长大。从这个角度上衡量,含Nb、Ti的微合金化钢再结晶温度较高,具有较细的奥氏体晶粒。V微合金化钢再结晶温度较低,V—Ti复合又可充分发挥对多次再结晶新晶界的阻滞作用。
  (3)对析出强化效果的比较。析出强化的强度增量取决于析出物数量和粒子尺寸,也取决于共格质点的铁原子之间晶格常数的差别。在~0.14%[C]的碳含量范围内,析出强化产生的屈服强度增量Nb>Ti>V。和V相比,要达到相同的弥散强化效果,用1/2的Nb就可以。强化效果又受到在奥氏体中形成析出物倾向的制约,形变促进这种倾向,所以NbC具有的强化效果只是在较低碳含量的钢之中。

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