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微铌处理钢的物理治金
微铌处理钢的物理治金
东涛傅俊岩
( ITIC-CBMV微合金化技术中心)
摘要:本文简要总结了国内外迄今钢的微铌处理的买践,并从增強Nb(CN)析出效果、有效的
形变再结晶、有限的热变形抗力的增量、改善热卷性能均匀性等四个方面,的述微铌处理
钢生产可发挥的物理冶金内容。提出了微铌处理符合我国国情的发展途径的观点,适应现阶
段钢铁业和制造业发展的技术层次和钢材需求。
关键词:微铌处理、物理治金、国情、需求
1前言
早期微合金化大量的研究工作,削明了在普通低碳钢和低合金高强度钢中铌的强韧化效
果及其机制,如图1所示,铌与钒、钛的微合金化相比,既能提高钢的强度,又改善了钢的初
性,每增加0.01%Nb约可获得8~14MPa的强度増量,并使钢的韧初一脆性转变温度下降一8
10℃。后续的研发成果又表明,在较低的加入量(<0.015%Nb)、尤其是钢中C、N含量较
低的情況下,同样显示出铌微合金化对钢的强度和韧性的有利影响。
本文作者在1997年的一篇报告中,曾论述了微铌处理钢的广阔前景,通过说明钢的微铌
处理的儿个治金学问题,强调了微铌处理对于改普量大面广Q235、16Mn、20MnS等钢的强韧
性水平,提高钢的性能和合格率十分有效。随后的5年中,人们在专注于铌微合金化专业用钢
开发的同时,从材料的性能高级化的趋势来看,微铌处理还是值得重视的。每吨钢仅增加17
元左右的投入,可以取得显著的经济效益,不失为是一种经济的手段,符合我国国情,适应
现阶段钢铁业钢材品种结构调整和制造业产品技术升级对钢材高质量的需求
2微Nb处理钢中的析出强化
钢的微合金化设计原理已概括得十分清楚,在高温再结晶奥氏体区,Nb的作用主要在抑制
再结晶,提高再结晶停止温度在低温非再结晶奥氏体区,Nb的贞献主要在于提高Ar3点,
并富化γ→相变生核。在终轧后加速冷却及卷取过程中Nb的强化效果,则在于Nb(CN的共格
析出及相伴随的位错亚结构,使钢得到进一步强化(见图2)。
Nb的强化效果明昆大于T和V。轧后的强化效果与此时呈固溶状态的Nb的浓度有关。
Nb在钢中的C和N含量及其溶解度,遵循溶解度的关系,列于表1和表2。因此不同温度
下Nb在钢中的溶解度量取决于钢中C、N含量。
新近的研究报告指出,影响终轧后的析出和亚结构强度贡献也与钢中Nb的总含量相关联
(见图3),即使<0.02%6Nb的钢中析出及亚结构的强化也在30MPa左右(见图4和图5)。
下面,提供一组试验数括(见表3)用以说明不同Nb含量钢的屈服强度水平,0.015%Nb
纲屈服强度高于无Nb钢24~45MPa
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微铌处理钢的物理治金
3微Nb处理对抑制奥氏体再结晶的影响
Nb对奥氏体再结晶的影响通过两种基本机制,共一是加热时未溶解到奥氏体中的Nb(C
N)及在高温形变过程中析出的Nb(C、N)对再结晶的钉扎作用。但未溶解碳氮化物颗粒度一般
在1000A°以上,高温形变析出的碳氮化物颗粒度往往也在500A°左右,且数量有限,对再结
晶的钉扎力约在4KN/m2,而热轧道次间奥氏体再结晶驱动力在20MNm2,比晶粒粗化的驱
动力人200倍,所以高温析出物阻得晶粒粗化易,而只有当钉扎力超过再结晶驱动力时,オ有
可能抑制再结晶的发生。
其二是固溶于奥氏体中的溶质Nb原子对再结晶停止温度的影响,图6示出了形变率与形
变湿度的关系,界定了T5%为完全再结晶湿度,T53为再结晶停止湿度。微合金化元素Nb及
V、Ti对Tsッ的影响见图7。微量Nb的影响远比V、T显著,溶解量为0.01%6Nb和0.02%Nb的奥
氏体再结晶停止温度分别为900℃和950℃左右。
目前,据对Nb钢奥氏体再结晶的研究,绘制出了不同含量的Nb钢“温度一形变率一再结
晶”图,见图8。“Nb含量70%再结晶时间”曲线,见图9。以及“钆制温度一再结品临界
压下率”的关系图,见图10。
由上可知,<0.02%Nb的钢中,对奥氏体再结晶的影啊主要足溶质原子对再结晶停止温度
的影响,0.02GNb钢的T。为940℃C,而0.09%Nb钢的T<。可升到1030℃。微铌处理钢的奥氏体
再结晶临界压下率比V、T高得多。
4微Nb处理钢的形变抗力
在钢的热变形过程中,以变形抗力定义为阻止其发生热变形的能力,热机械处理工艺
(TMCP)研究特别关注钢的变形抗力,希?在较低的变形抗力实现TMCP。影响钢的变形抗
力的诸因素见图11
钢的变形抗力,不仅与在线纽织控制有关,更与轧制能力相联系。随温度变化的形变率
与变形抗カ的一般关系见图12。Nb及V、Ti添加量対变形抗力的影响见13。析出Nb的形变
抗力要大于個溶Nb的形变抗力,<0.02%Nb钢的形变抗力仅为C-Mn低合金高强度钢的1.02
1.05倍。
从轧制道次间的软化度米衡量,钢中添加Nb后人人降低了钢的软化速度,随轧制过程由
奥氏体再结晶区温度降至非再结晶区,应变累积效果也随之増大。由于a一相的変形抗力低于
同一温度下的Yー相,所以(Y+a)两相区轧制时出现低变形抗力的情况。
此外,如图14所示,通过调整轧制规范,可以降低低温区的变形抗力来适应轧钢装备,
以挖掘钢材的内在潜力,提高钢材的综合力学性能。
5微Nb处理钢板带性能均匀性控制
板带材的性能及其均匀性,首先取决于钢的化学成分、治炼和铸坯工艺、以及热轧规范。
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