含钒钢的沉淀析出.pdf

莱钢科技论坛含钒钢的沉淀析出结构、加工、性能、使用１析出机理及形貌２力学性能及工艺析出机理及形貌钒和碳的化学亲和力很强，是强碳化物生成元素，钒和a铁形成连续固溶体在含钒量35%--55%范围内，温度低于1200℃时，钒和铁可生成金属间化合物FeV（a相）钒在钢中的含量一般不大于0.5%（高速工具钢除外）钒是我国富有元素之一，也是目前发展新钢种最常用的合金元素之一它和碳、氮、氧都有极强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的化合物少量的不到0.5％的钒能细化钢的晶粒，提高钢的强度、屈强比和低温韧性，改善钢的焊接性能，也能增加钢的热强性和蠕变的抗力此外钒对碳的固定作用，还可以提高钢在高温下的抗氢侵蚀但是，钒总是和其他合金元素如锰、铬、钨、钼等配合使用常用于低温用钢、高压抗氢钢、高级优质弹簧钢、新型轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、耐热钢等但钒含量不宜过高，过高则降低钢的韧性，不利于钢的蠕变性能1）↑热强性→VC质点稳定性好，且弥散分布，如耐热钢Cr-Mo-V2）细化晶粒→VC质点细小、稳定，有效阻止晶界移动，如40Mn2V、50CrV3）↑红硬性、耐磨性→VC质点细小、稳定、弥散，如高速钢均含V4）↓过热倾向→VC质点溶解稳定较高，晶粒不易长大，40Mn2V。

5）↓磨削性→VC质点硬度高，容易产生磨削裂纹，如9Mn2V的磨削性较差Ｖ在奥氏体扩散系数Ｖ在铁素体扩散系数Ｖ自扩散系数V在钢中的扩散系数和自扩散系数Ｖ在奥氏体中的扩散系数大，均匀降低偏析时应选择在奥氏体温度区C-Fe-V vertical section along die Fe-V-C join.V加入不改变Fe相图形状高温时gamma Fe+VC低温时alpha Fe+VCVC具有缺陷配位数,V4C3Fe-N-V 1000℃截面V很低时,形成VNV很高时,形成V2N和sigma 相固溶度积Logks=log[M][X]=A-B/Tks－平衡常数[M]－溶解的合金元素含量[X]－溶解的碳氮含量A、B－常数T－绝对温度由于元素之间的相互作用等原因，固溶度积有不同的表达公式V比Ti,Nb溶解度积大VC比VN溶解度积大两个数量级假想相变温度为900ºC，相变前后，VC和VN在奥氏体与铁素体中溶解度差别较大这是沉淀强化的基础Austenite log (wt%V)(wt%N)= - 7600/T – 10.34 + 1.8lnT + 7.2x10-5 TFerrite log (wt%V)(wt%N)= - 12500/T + 6.63 – 0.056lnT + 4.7x10-6 T碳化物800°C固溶度V元素在碳氮化物中的比例,温度降低，Ｖ在Ｍ中的比例增加，V(C,N)析出温度低于Nb(C,N)和Ti(C,N)微合金化元素对再结晶温度的影响0,07C-0,25Si-1,40Mn 微合金化元素增加引起再结晶终止温度的提高微合金化元素碳化物、氮化物与a-Fe 之间的错配度ε1 ：(110)a-Fe 与(200)碳氮化物错配度ε2 ：(100)a-Fe 与(100)碳氮化物错配度VC、VN与a-Fe 的错配度更小，共格强化更高明场像;暗场像V(C,N)在相变后的铁素体中析出析出无规律，尺寸较均匀VN在MnS上形核长大V(C,N)在相变前的奥氏体析出异质形核或者在位错等处析出在未溶的碳氮化物上形核长大V(C,N)在位错线上析出原奥氏体晶界上析出的块状V(C,N)碳氮化物在位错线和亚晶界析出透射电镜V(C,N)形貌：(i)不规则, (ii)立方, (iii)立方、球形(iv)TEM形貌照片显示碳氮化物的两层或三层结构复合微合金化中内层可能为Nb和Ti的碳氮化物V(C,N)分布不均匀随着N增加，钒元素[V] 减少，形成V(C,N)的比例增加随着N增加，V(C,N)中N比重增加。

氮含量增加，V(C,N)析出相增加0.005VS0.025碳含量增加，V(C,N)析出相增加(a) 0.04% C, (b) 0.10% C and (c) 0.22% CN含量越高，颗粒越小，保温时间越长，尺寸越大V(C,N)在相变时的相界面析出相间析出，平直片层状或者弯曲的片层状弯曲的相间沉淀平直的相间沉淀VC与铁素体之间存在着Baker-Nutting关系：(001)VC//(001)ferrite[110]VC//[100]ferrite除了以上几种析出机制，在高V钢中V(C,N)也可能会以纤维状析出在铁素体和贝氏体中也存在沉淀析出现象相间沉淀和纤维碳化物的形成示意图.相间沉淀在γ/α界面的形核和生长示意图碳氮化物在界面上形核长大台阶高度就是片层间距大小由台阶侧向推进速度决定，速度快，尺寸小不能解释弯曲的片层状碳氮化物准台阶模型能解释弯曲片层状碳氮化物不能解释纤维状碳氮化物相间沉淀---溶质贫化模型界面的弓出，扩展Ｖ元素浓度分布及扩散A 碳氮化物析出，V 含量很低B相变界面，两侧V含量差别较大C名义V含量片层间距贫化区半径生长的晶粒半径温度较高时，溶质贫化区速率与晶粒生长速率大致相等，产生相间沉淀。

温度较低时，铁素体内部析出碳氮化物BainKurdjumov–SachsKurdjumov–SachsNishyama–Wassermann少量Ｖ不改变Ｆe-C相图形貌VC和VN在奥氏体与铁素体中溶解度差别较大V(C, N) 是主要析出相，具有缺陷配位数V(C, N)比其他碳氮化物析出温度低，不会显著提高再结晶温度V(C, N)与a-Fe 的错配度小，共格强化高碳氮化物的主要析出方式为一般析出、相间析出、纤维状析出一般析出易在位错，晶界和夹杂物等位置形核相间沉淀可用溶质贫化模型解释，Baker-Nutting位相关系碳化物的形状主要有：不规则、球形和方形V、Nb、Ti合金化的碳氮化物是有序结构，存在其他位相关系力学性能及工艺TMCP: 1)再结晶区轧制和快冷2未再结晶区轧制和快冷3) 两相区轧制和空冷加热速率对晶粒粗化温度(GCT)的影响圆圈内数字为GCT晶粒尺寸(um)慢速率，固溶充分，钉扎减弱，晶粒易长大微合金化元素对奥氏体晶粒粗化的作用含钒钢无钒钢碳氮化钒促进针状铁素体的形成碳氮化钒促进晶内铁素体的形成706℃时，V(C,N)对晶界的钉扎作用V(C,N)与位错的交互作用YS (MPa)=53.9+32.34 [%Mn]+83.16 [%Si]+354.2 [%N]+17.402 D-1/2脆性转变温度,t厚度precipiation-time-temperature PPT曲线TTT曲线高温时相间沉淀，低温时一般析出，在低温度时贝氏体铁素体中析出650 ℃等温转变沉淀强化效果，200MPa不同温度下保温500S的沉淀强化效果等温温度降低，强度增加明显计算得到的铁素体-渗碳体和铁素体-奥氏体之间Ｃ固溶度V-C-N钢650°C 等温时珠光体含量650°C/500s.沉淀强化随Ｎ含量和Ｃ含量的变化比较0.01C 5MPa0.001N 6MPa 低温冲击韧性和拉伸强度比较匹配的终轧温度接近Ar3平均冷速越大，V(C,N) 析出强化越明显冷速增加，铁素体晶粒尺寸变小，冲击性能降低。

冲击低主要原因：V(C,N)析出强化、快冷可能生成贝氏体相间沉淀粒子比普通沉淀粒子热稳定性高冷速增加，屈服强度增加终冷温度降低，屈服强度增加不同热量输入下40J转变温度大热量大颗粒冲击差含析出相铁素体的体积分数与冲击关系FS多，M和P少，冲击好(a)晶粒结构(b)原奥氏体晶粒(c)枝晶形貌铸坯中沿奥氏体晶界扩展的裂纹连铸过程中由于氮化物、碳氮化物析出，铸坯表面易产生裂纹建议弱冷，高温矫直避开脆性区微合金化引起的晶粒细化提高强度碳氮化物与位错的交互作用增加强度几纳米大小的碳氮化物可提高强度200－300MPa高温时析出相间沉淀，低温时为一般析出冷速越快，ＶＣＮ含量增加，强度增加相间沉淀粒子具有更高的热稳定性低温冲击和强度比较匹配的终轧温度接近Ar31 含V非调质钢：35MnV、45V、48MnV等夹杂物形态和分布与疲劳强度、韧性关系的研究2 相间沉淀的强化机理：层内颗粒间距ＶＳ层间距3 耐热钢的开发碳氮化物的时效稳定性，利用碳氮化物的稳定性代替全固溶强化4 含钒碳氮化物与其他强化机制的复合作用•THE ROLE OF VANADIUM IN MICROALLOYED STEELS•Review -Interaction of precipitation with recrystallisation andphase transformation in low alloy steels•Processes, microstructure and properties of vanadium microalloyed steels•Niobium in modern steels•Development of High Strength Hot-rolled Sheet Steel Consisting of Ferrite and Nanometer-sized Carbides•Interphase precipitation in microalloyed engineering steels and model alloy•A model for interphase precipitation in V-microalloyed structural steels•Equilibrium Model of Precipitation in Microalloyed Steels•Precipitation in V bearing microalloyed steel containing low concentrations of Ti and Nb•Microalloyed V–Nb–Ti and V steels Part 1 –Stereological study of ferrite–pearlite microstructure and its relationship to toughness•Microalloyed V–Nb–Ti and V steels Part 2 – Precipitation behaviourduring processing of structural beams•Transformation from Austenite in Alloy Steels•The strengthening of an fe-v-c low-alloy steel by carbide precipitation during continuous cooling from the austenitic condition希望今天的报告能够给大家提供帮助。