v元素在低碳合金钢中的作用
钢材中的化学成分对钢材的作用
钢材中的化学成分对钢材的作用（一）钢材中的化学成分对钢材的作用1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
钢材中的化学成分对钢材的作用（二）钢材中的化学成分对钢材的作用/文青岛宏正金属4、磷（P）：在通常情况下，磷元素是模具钢材中的有害元素，磷（P）元素能够增加模具钢的冷脆性，使模具钢焊接性能变坏；降低模具钢的塑性，使模具钢的冷弯性能变坏。
因此通常要求模具钢中含磷量小于0.045%，优质模具钢要求更低。
5、硫（S）：硫（S）元素在一般情况下也是有害元素。
硫（S）元素使模具钢产生热脆性，降低模具钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫（S）元素对模具钢的焊接性能也不利，降低其耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
低碳钢和低碳合金钢
低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
虽然它们都属于低碳材料，但在性质和用途上有一些区别。
本文将介绍低碳钢和低碳合金钢的特点以及它们在不同领域中的应用。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%至0.25%之间。
由于碳元素含量较低，低碳钢具有优良的可焊性、可塑性和韧性。
它的强度相对较低，但具有良好的冷加工性能。
低碳钢具有良好的可塑性和可焊性，适用于一些需要强度相对较低但具有良好可塑性的领域，如制造轻型汽车、制造家电产品等。
此外，低碳钢还具有良好的可加工性，可以通过冷加工来获得所需形状和尺寸，广泛应用于制造业。
低碳合金钢是在低碳钢的基础上添加了其他合金元素的一种材料。
通常，低碳合金钢的碳含量在0.05%至0.25%之间，同时还添加了其他合金元素，如锰、铬、镍、钼等。
这些合金元素的添加使得低碳合金钢具有更高的强度和耐腐蚀性能。
此外，低碳合金钢还具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天、汽车工业等。
低碳钢和低碳合金钢在实际应用中有许多相似之处，但也存在一些差异。
首先，低碳钢的强度相对较低，适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，而低碳合金钢的强度较高，适用于一些要求强度和耐腐蚀性能较高的领域。
其次，低碳钢的成本相对较低，适用于一些对成本要求较高的领域，而低碳合金钢的成本相对较高，适用于一些对材料性能要求较高的领域。
低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中有广泛的应用。
低碳钢适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，如制造轻型汽车和家电产品等；低碳合金钢适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天和汽车工业等。
了解这两种材料的特点和应用领域有助于我们在实际应用中选择合适的材料，提高生产效率和产品质量。
V法铸造低碳合金钢铸件增碳问题的讨论
V法铸造工艺生产低合金钢铸件增碳原因探讨张海勋：V法铸造工艺生产低合金钢时，增碳问题特别令人头疼。
有人观察认为，在远离浇注系统增碳问题明显高于浇注系统附近，这种说法不是没有道理的。
天瑞在03年刚开始进行V法铸造工艺实践时就遇到这个问题，而且也发现，远离浇注系统和铸件的上表面增碳最为严重，铸件的下底面和侧面也增碳，但是并不多。
因为我公司是从事低合金钢铁路铸件的生产制造，增碳问题从一开始就困扰着我们，直到现在。
一开始认为造成增碳的罪魁祸首应该是EVA薄膜，在满足覆膜和成型要求的前提下，将EVA薄膜的厚度由0.12mm(德国专家的建议)减至0.08mm，也曾经进行过0.06mm厚度的EVA薄膜试验（对于我公司在产产品结构而言，覆膜合格率和成型性能稍差，没有采用），增碳情况有所好转，但仍不理想。
为减弱EVA薄膜引起铸件增碳，我曾经进行过覆膜后不在薄膜上喷涂涂料，起模后在型腔内壁喷涂涂料的工艺试验，效果仍不明显。
况且，这种做法容易造成涂料夹渣而产生铸件夹杂涂料和气孔缺陷。
考虑到涂料成分的影响，要求涂料厂家在满足涂料物理、工艺和使用性能的前提下，减少易于增碳辅材的添加，试验效果仍不明显。
为此，我进行了在涂料中添加精铝粉和氧化铁红的办法进行试验，但仍没达到试验要求。
通过对各种方法的试验，对铸件内外壁、上下壁及立壁的增碳情况进行分析、比较，增碳量最大能达到0.19%。
我们认为，铸件增碳的说法不准确，应该是“铸件渗碳”。
由于V法铸造的正负压差的存在，使之与一般砂型铸造充型状况完全不同，铸件增碳量的大小随铸件皮层深度而变化，犹如渗碳热处理。
所以，我认为“铸件渗碳”的表述应该更加贴切。
基于“渗碳”的认识，对材料（薄膜、涂料）和充型过程中型腔内气氛进行分析，详尽一起办法降低型腔内“碳势”，进而尽大可能地减弱铸件表面增碳，较好的状态下增加碳含量0.03%左右。
V法增碳问题不可完全避免，只能尽可能减少。
同时，无论中国、欧美、独联体，还是日本，对于铸件本体化学成分检测的要求，均要求在铸件表面6mm一下取样，从而避开了铸件表面层脱碳和增碳层的影响。
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-3简述合金元素对Fe-Fe31-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
钢中碳化物的相间析出
钢中碳化物的相间析出钢中碳化物的相间析出通常，对于⼯业⽤钢，碳化物的弥散硬化和⼆次硬化的利⽤，都是在调质状态下实现的。
但是，在控制轧制条件下使⽤的⾮调质⾼强度钢中，⼈们却利⽤添加少量Nb、V等强碳化物形成元素，有效地提⾼了钢的强度。
之所以如此，是由于钢在冷却过程中从奥⽒体中析出了细⼩的特殊碳（氮）化物。
透射电⼦显微镜观察表明，这种化合物的直径约为50?，⽽且⽐较规则的⼀个⾯接⼀个⾯的排列分布。
后来研究⼜发现，这种碳（氮）化物是在奥⽒体-铁素体相界⾯上形成的，因此将这种转变称为“相间析出”（interphas precipitation）。
相间析出的结果也是由过冷奥⽒体转变为铁素体与碳化物的机械混合物。
由于这种转变发⽣在珠光体与贝⽒体形成温度之间，因⽽研究这种转变，不仅对⾮调质钢的强化有实际价值，⽽且对搞清珠光体和贝⽒体转变机理也有⼀定意义。
（⼀）相间析出产物的形态和性能含有强碳（氮）化物形成元素的低碳合⾦钢的奥⽒体，在冷却过程中有可能⾸先发⽣碳（氮）化物的析出，因为析出是在奥⽒体与铁素体相界⾯上发⽣的，所以把这⼀过程称为相间析出。
1、组织形态钢中的相间析出的转变产物，其显微组织在低倍的光学显微镜下，相间析形成的铁素体与先共析铁素体相似呈块状。
⽽在⾼倍的电⼦显微镜下，可以观察到铁素体中有呈带状分布的微粒碳（氮）化物存在，这是相间析的组织形态特征。
这种组织与珠光体相似，也是由铁素体与碳化物组成的机械混合物，⽽碳化物不是⽚状，⽽是细⼩粒状的，分布在有⼀定间距的平⾏的平⾯上，因此也称为“变态珠光体”（degenerate pearlite）。
分布有微粒碳化物的平⾯彼此之间的距离称为“⾯间距离”。
随着等温转变温度的降低或冷却速度的增⼤，析出的碳化物颗粒变细，⾯间距离减⼩。
另外，钢中的化学成分不同对碳化物的颗粒直径的⾯间距离也有⼀定的影响，通常含特殊碳化物元素越多，形成碳化物颗粒越细，⾯间距离越⼩。
在相同转变温度下，随着钢碳含量增⾼，析出碳化物的数量增多，⾯间距离也有所减⼩。
低碳微合金钢中钒的替代研究
低 碳 微 合 金 钢 是 目前 低 合 金 高 强 度 钢
（ ＨＳ Ｌ Ａ钢 ） 研 究 的 热 点 问 题 之 一 。ＨＳ Ｌ Ａ 钢 广 泛 应 用 于 能 源 开 发 、基 础 设 施 建设 、机 械 制 造 等 领 域 。 因此 ，低 碳 微 合 金 钢 除 了要 有 高 的强 度 和 良好 的韧 性 外 ，还 要 求 具 有 良好 的 焊 接 性 能 和低 的屈 强 比。铌 、钒 和 钛 是 微 合 金 钢 中最
屈 强 比产 生 不 利 影 响 。铌 在 钢 中有 细 晶 强 化 、
析出强化 和相变强化等作用 ，可 以弥补去钒 后
关 键 词 ：低 碳 微 合 金 钢 ； 显 微 组 织 ；钒 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｇ１ ４ ２ ． ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ５ ９ ２ ８（ ２ ０ １ ４ ）０ ４ － ３ ２ － ０ ３
Ｓｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｖａ ｎ ａｄ ｉ ｕｍ ｉ ｎ Ｌｏ ｗ— — ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ａｌ ｌ ｏ ｙ ｅ ｄ Ｓｔ ｅ ｅ ｌ
低碳微合金钢中钒的替代研究
万荣春
（ 渤 海船 舶 职 业 学 院 ，辽 宁 葫 芦 岛 １ ２ ５ 试验 钢 的显微 组 织分析 和 力 学性 能测 试 ， 研 究 了低碳 微 合金 钢 中以铌 代
钒的可行性。试验结果表明 ，在低碳微合金钢 中以铌代钒具有可行性。铌 可以通过细晶强化 、析 出强 化 和相 变 强化 等作 用 ，保证 以铌 代钒 后 试验 钢 的 力 学性 能 ， 同时还 能 降低 屈 强 比 、改善 焊 接 性 能和 轧 制 织构 ，并具 有一 定的 经济 效益 。
低碳钢特性及成分
mm
抗拉强度бsN/mm2
屈服点бb
N/mm2
伸长率δs%
180C弯曲试验
d=弯心直径
a=试样厚度
冲击试验
温度°C
V型冲击功（纵向），J
不小于
不小于
09MnV
≤16
430-580
295
23
d=2a
20
27
>16-25
275
d=3a
09MnNb
≤16
410-560
295
24
d=2a
20
27
0.015-0.050
—
—
—
0.045
0.045
09Mn2
≤0.12
1.40-1.80
0.20-0.55
—
—
—
—
—
—
0.045
0.045
12Mn
0.09-0.16
1.10-1.50
0.20-0.55
—
—
—
—
—
—
0.045
0.045
18Nb
0.14-0.22
0.40-0.80
0.17-0.37
—
—
0.020-0.050
—
—
—
—
—
0.045
0.045
15MnTi
0.12-0.18
1.20-1.60
0.20-0.55
—
0.12-0.20
—
—
—
—
0.045
0.045
16MnVb
0.12-0.20
1.00-1.40
0.20-0.55
常用合金元素在钢中的作用
几种常用合金元素在钢中的作用为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。
现分别说明它们在钢中的作用。
1、硅在钢中的作用:(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。
(2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。
(3)耐腐蚀性。
硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。
含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。
缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。
2、锰在钢中的作用（1）锰提高钢的淬透性。
（2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
（3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。
锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。
这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。
3、铬在钢中的作用（1）铬可提高钢的强度和硬度。
（2）铬可提高钢的高温机械性能。
（3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性（4）阻止石墨化（5）提高淬透性。
缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。
4、镍在钢中的作用（1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。
（2）镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。
（3）改善钢的加工性和可焊性。
（4）镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。
5、钼在钢中的作用（1）钼对铁素体有固溶强化作用。
（2）提高钢热强性（3）抗氢侵蚀的作用。
（4）提高钢的淬透性。
缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。
6、钨在钢中的作用(1) 提高强度（2）提高钢的高温强度。
（3）提高钢的抗氢性能。
（4）是使钢具有热硬性。
因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。
7、钒在钢中的作用(1)热强性。
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v元素在低碳合金钢中的作用
钒（V）是一种常用的合金元素，在低碳合金钢中起着重要的作用。
以下是钒在低碳合金钢中的作用：
1. 强化作用：钒可以形成硬质的碳化钒（VC）颗粒，强化钢材的晶界和晶间，提高钢材的硬度和强度。
2. 稳定碳化物：钒可与碳形成稳定的碳化物，如碳化钒（VC），抑制晶界的碳沉淀和晶间腐蚀的发生，提高合金的耐腐蚀性。
3. 细化晶粒：钒可以作为晶粒细化剂，减小晶粒尺寸，提高合金的塑性和韧性。
4. 改善热处理性能：钒元素能够改善钢材的热处理性能，例如提高淬火硬化能力，使合金具有更好的机械性能和耐磨性能。
5. 提高耐蚀性：钒元素能够增加合金的耐腐蚀性能，减少晶界的腐蚀敏感性和应力腐蚀倾向。
总的来说，钒元素在低碳合金钢中起着强化、细化晶粒、改善热处理性能以及提高耐蚀性等多种作用，提高了合金的机械性能、耐磨性和耐腐蚀性能。