铌合金在微合金钢中的溶解析出研究

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铌合金在微合金钢中的溶解析出研究

作者：吴国玺陈韧李晓亮孙野刘承军姜茂发

来源：《中国科技纵横》2016年第05期

【摘要】本文采用理论分析的方法计算了不同铌、碳含量条件下，铌微合金在管线钢中

的溶解析出温度，结合理论计算结果，采用实验室冶炼不同成分管线钢并进行试验检测，确定了不同铌微合金在管线钢中的赋存形式，结果表明，铌微合金溶解析出行为与钢种碳含量和铌含量关系密切，管线钢中添加过多的碳和铌，将导致加热过程中铌不能充分溶解，最终严重影响管线钢的韧性。最终，提出管线钢中合理的碳含量和铌含量设计方案。

【关键词】管线钢铌微合金溶解析出

1 引言

钢中微合金的概念早在20世纪60年代就已经提出，通常认为在原有铁基金属基础上添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，从而对组织和力学性能起有利作用的一类钢材。其中，Nb微合金的使用最为广泛，是最重要的微合金。其中最具代表性的微合金即高钢级管线钢，Nb是其中不可或缺的元素[1，2]。

高钢级管线钢对综合力学性能要求很高，同时要求兼顾高强度、高韧性、良好的焊接性能、一定的耐腐蚀性能等，其中对韧性的要求尤为突出，通常需要低温条件下，进行全尺寸断裂测试（DWTT），因此，高钢级管线钢组织应满足两个条件，一方面，组织均匀细小，另一方面，具有良好止裂性能组织，通常为针状铁素体为主的混合组织。为了获得细小均匀的组织，需要依据Nb在不同温度的溶解和析出行为，采用TMCP轧制工艺[3]。因此，Nb在管线钢中的溶解析出行为显得非常重要，本文对此进行深入研究。

2 铌赋存形式的理论计算

众所周知，Nb在钢中主要以Nb（C，N）形式存在，因此，Nb在钢中的赋存形式主要与Nb、C、N合金含量有关，管线钢中N含量相对稳定，因此，合金设计时主要考虑C和Nb的含量变化即可。

采用理论分析的方法对管线钢中不同Nb和C含量条件下Nb的溶解析出温度进行计算，依据溶度积公式进行计算，结果如图1所示。

图1 不同Nb和C条件下Nb的溶解析出温度

理论分析结果表明，随着钢中Nb和C含量的增加，Nb的溶解温度不断提高，当C含量增加至0.05%，而Nb含量增加至0.09%时，钢中Nb的溶解温度已经提高至1100℃以上，正

常情况下，管线钢的加热温度在1150℃～1200℃之间，很难实现Nb的充分溶解。