铌微合金化钢组织—性能关系模型的研究

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铌微合金化对1000MPa级QP钢组织和性能的影响

2019年第5期20作者单位：本钢板材股份有限公司销售中心，辽宁本溪 117000铌微合金化对1000 MPa级QP钢组织和性能的影响Effect of Niobium Micro Alloying on Microstructure and Properties of 1000 MPa Grade Q&P Steel供稿|金永盛，郭宏吉 / JIN Yong-sheng, GUO Hong-jiDOI: 10.3969/j.issn.1000-6826.2019.05.005中华人民共和国成立70周年近年来，为降低能源消耗，节约原材料以及保护环境，第三代先进高强钢一直是各钢铁企业研发的重点。

第三代高强钢主要目的获得强度和延展性的优异组合，获得较高的强塑积。

在降低总重量同时保证碰撞安全性和提高车辆燃料经济性等新要求的驱动下，已经开发出能够实现所需微观组织和性能的淬火配分(QP)钢[1]。

一般QP 钢的工艺涉及将加热至奥氏体区并保温适当时间的钢快速淬火至马氏体转变开始温度(Ms)和马氏体转变终止温度(Mf)温度之间的某一淬火温度(QT)，以便形成碳过饱和的马氏体和未转变的奥氏体，随后在QT 或以上温度进行碳配分，实现碳从过饱和马氏体到奥氏体的扩散，以保持富碳的残余奥氏体在随后冷却至室温期间稳定[2]。

QP 钢组织中的板条马氏体和薄膜状残余奥氏体使得其具有优异的强塑性匹配。

QP 钢中要避免渗碳体和过渡型碳化物的形成，因为它们的形成会消耗一部分碳，使得没有足够的碳来稳定奥氏体至室温，最终将降低QP 钢的延性。

因此，通过添加硅或铝来抑制渗碳体的形成，为碳原子在配分过程中的扩散提供条件，促进碳的局部富集，同时避免渗碳体生成可能导致实验钢脆化倾向。

锰可以提高淬透性，并通过降低奥氏体转变温度进一步增加其21新型高强钢科技前沿Advances in Science稳定性，锰还可以增加碳在奥氏体中的溶解度，提高奥氏体的碳富集能力。

Nb对微合金控轧钢组织性能

Nb对微合金控轧钢组织性能的影响
1、设计（论文）的选题意义及国内外研究现状
微合金控扎钢是目前高强度钢材研究的热点之一。通过单独或复合加入微量合金化元素Nb, V 或 Ti 达到晶粒细化, 提高力学性能的目的。其中 Nb 在钢中能显著提高奥氏体的粗化温度和再结晶温度, 具有细化晶粒和弥散强化的作用, 是提高材料强韧性最为有效的合金元素之一。同时, Nb 的加入还能使钢实现高温轧制。并且 Nb 的价格相对稳定( 相对于 V 与 Ti) 低廉, 让 Nb 更具有经济性和竞争力。因此，铌微合金化钢的研究具有重要意义。
现状：
2、主要研究内容
设计几组含铌量不同的微合金控轧试验钢，采用热处理模拟方法研究900℃奥氏体化 550℃等温处理后微合金控轧钢的组织、性能及第二相粒子的析出行为。
3、拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性分析论证等）
方法： 3种含铌试验钢由低铌到高铌的顺序标定为 Nb1, Nb2, Nb3。将试验钢在箱式炉中加热, 温度为 1150∽1250 ℃, 然后锯成宽120 mm, 厚 8 mm 的试验钢钢板。将钢板试样加热至 1230 ℃保温 25 min, 盐浴淬火进行固溶处理。然后将试样加热至 900 ℃奥氏体化 5 min, 迅速分别放入 550 ℃硝盐浴保温 10 min, 空冷。热处理工艺图为、
4、设计（论文）的预期结果（成果）
的细条状碳化物组成, 其中铁素体一般在 γ晶界形核。根据文献可以确定这里的板条状组织就是板条贝氏体铁素体, 透射电镜组织形貌也进一步证明这种板条组织为板条贝氏体铁素体。从图 4(c)可看出,Nb3 中粒状组织形貌特征是板条束铁素体基体上弥撒分布有马氏体/奥氏体小岛, 且小岛呈不规则形状, 无规则地分布在无规则形状的铁素体基体上。

铌高性能结构钢相变规律的研究

验采用圆柱试样。
般而言，高强度钢在材料韧性和可焊性等方面往
往不尽人意，在一定程度上限制了其使用范围。这铌微合金化高性能结构钢则不仅保持了较高的强度，而且在材料的可焊性、抗脆断和疲劳性能、抗腐蚀和耐候性能等方面都比传统钢材有明显的提高和改善。通过对铌微合金化高性能结构钢相变规律的研究，为新一代高性能结构钢的开发和工艺优化奠定
２钢种的成分设计
一
热电偶处分割成两段，磨制、械抛光后用４经机％的硝酸酒精溶液浸般高性能结构钢要求力学性能和冷弯性能见
表１在现有国家标准之上，。对韧性提出了更高要求，纵向一４ ℃Ａ０ｗ要达到１０／２０１０，并且在拉伸变形ＪＪ
化，珠光体细小分散，当冷却速度大于１５℃，时，ｓ得到完全贝氏体组织；随变形温度的降低，铁素体晶粒细化，珠光体的球团
和片层间距减小，组织的均匀性改善；随变形程度的升高，素体体积分数增加，铁且组织细小均匀。铌高性能结构钢终轧后
冷却速度应控制在５℃／左右，ｓ终轧温度选择８０℃。５
周兰聚，李成军，郭洪涛
（济南钢铁集团总公司，山东济南２００）５１１
摘
要：利用ＭＳ０热／Ｍ～１０力模拟机，究了不同冷却速度下铌高性能结构钢奥氏体动态转变规律及不同终轧温度和不研
同压缩比对显微组织的影响。结果表明：在冷却速度为１～５℃／得到完全的铁素体和珠光体，随冷速增大，ｓ且晶粒明显细

《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》范文

《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢作为一种重要的工程材料，因其优异的力学性能和良好的加工性能，在汽车、桥梁、建筑等领域得到了广泛应用。

Nb（铌）作为微合金元素，在钢中具有显著的影响。

其中，NbC的析出行为对钢的组织和硬度具有重要影响。

本文将详细探讨高Nb微合金钢中NbC的析出机制，及其对组织与硬度的影响。

二、NbC的析出机制在高Nb微合金钢中，Nb元素主要通过与碳元素结合形成NbC析出物。

在钢的冷却过程中，NbC的析出行为受到多种因素的影响，包括温度、时间、钢的化学成分等。

首先，温度是影响NbC析出的关键因素。

在高温区，Nb原子具有较高的活动性，易于与碳原子结合形成NbC。

随着温度的降低，NbC的析出速率逐渐减慢。

其次，钢的化学成分也会影响NbC的析出行为。

例如，碳含量越高，越有利于NbC的形成。

此外，其他合金元素如Mn、Si 等也会对NbC的析出产生影响。

最后，时间因素也不可忽视。

在一定的温度下，随着保温时间的延长，NbC的析出量逐渐增加。

三、NbC析出对组织的影响NbC的析出对高Nb微合金钢的组织具有显著影响。

首先，NbC的析出可以细化钢的晶粒，提高钢的力学性能。

其次，NbC 的析出还可以改变钢的组织结构，如形成碳化物、氮化物等第二相粒子，这些粒子可以阻碍位错运动，从而提高钢的硬度和强度。

四、NbC析出对硬度的影响硬度是衡量材料力学性能的重要指标之一。

高Nb微合金钢中NbC的析出对硬度具有显著影响。

首先，由于NbC的形成可以细化晶粒并形成第二相粒子，这些粒子可以阻碍位错运动，从而提高钢的硬度。

此外，由于铌元素本身具有较高的硬度贡献，因此高铌含量的钢往往具有较高的硬度。

其次，除了铌元素外，其他合金元素如铬、钒等也会对硬度产生影响。

这些元素可以与碳、氮等元素形成其他类型的化合物或沉淀物，进一步影响钢的组织和硬度。

五、结论综上所述，高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度具有重要影响。

铌微合金化低碳贝氏体钢的组织细化研究

束尺寸较小。
３讨论与分析
注：图中位错胞状结构（晶）尺寸约为５０ｌ亚０ｍ。ｌ
３１热变形奥氏体晶粒的细化．相对于板带材，长材生产线的轧制节：、奏快
图６钢中位错网及位错胞状结构
而在更低终轧温度８００变形快冷的５，８０ｏＣ
１）不同变形冷却条件下的组织均为粒状贝
氏体组织，分布在板条铁素体基体上的Ｍ／Ａ
长材生产线轧制节奏快，钢中固溶的铌在轧制过程中还未来得及析出，而轧后采用的空冷方
（马氏４／氏体）岛呈粒状或条状，在较低温５奥度８０ｏ终轧变形时，出现了极少量的沿奥氏０Ｃ
体晶界的准多边形铁素体。
式相对于轧后快冷更利于铌在变形后的奥氏体晶
内位错网及位错胞状结构上形变诱导析出，这些
２）随着变形温度的下降，贝氏体组织越细小，ＭＡ岛的颗粒越小。／
３）终轧温度越高时，轧后空冷的贝氏体板条束较短小，而采用轧后快冷，组织中贝氏体板条束较长。在９０，９０ ℃ 变形后快冷的组织５０中，部分区域板条几乎贯穿原奥氏体晶粒，贝氏体板条的尺寸较长，达到６ｍ；而９０ ℃ 变０５形后慢冷的组织中，原奥氏体晶粒被数组板条束相互交割，板条较短，组织明显细化。在较低温
变。在生产轧制过程中，控制细小Ｎ（Ｎ）颗ｂＣ粒弥散析出及相变前奥氏体晶粒尺寸，并通过弛

铌微合金化和淬火速率对热成形钢组织与力学性能的影响

第 2 期第 146-154 页材料工程Vol.52Feb. 2024Journal of Materials EngineeringNo.2pp.146-154第 52 卷2024 年 2 月铌微合金化和淬火速率对热成形钢组织与力学性能的影响Effects of Nb microalloying and quenching rate on microstructure and mechanical properties of hot formed steels陈华，丁灿灿，胡斌，罗海文*（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083）CHEN Hua ，DING Cancan ，HU Bin ，LUO Haiwen *（School of Metallurgical and Ecological Engineering ，Universityof Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ）摘要：基于传统22MnB5钢设计了一种新型含Nb 热成形钢，研究在不同淬火速率下Nb 对热成形钢显微组织与力学性能的影响。

新型Nb 微合金化热成形钢与广泛应用的22MnB5商业钢种均经900 ℃保温3 min 的固溶处理后分别水淬和油淬至室温，检测两种钢在两个淬火条件下的力学性能，并通过扫描电镜、背散射电子衍射仪、X 射线衍射仪和透射电镜等分析合金组织。

结果表明：油淬时Nb 微合金化热成形钢与22MnB5钢能发生较明显的自回火，但前者的屈服强度高于后者约130 MPa ，且伸长率也略有改善，对强化机制的定量计算表明这是由于含Nb 钢晶粒细化形成的细晶强化以及位错强化和沉淀强化的共同作用；而在水淬条件下，两种钢的屈服强度与伸长率均相似，推测是由于冷却速率高抑制了自回火，使得马氏体相变产生的残余应力成为影响屈服强度的主导因素，而当水淬样品在170 ℃回火减轻内应力后，此时含Nb 钢屈服强度再次高于22MnB5钢。

欧洲铌微合金化钢的新进展

欧洲铌微合金化钢的新进展介绍欧洲的冶金学者是微合金化应用的先驱，开始于30 年代的AlN冶金。

从那时起，多种合金元素应用于结构钢，如图1所示。

图1：结构钢中微合金元素的应用历史“微合金化”的含义是，这些元素的含量是专门低的，通常低于0.1wt%。

不同于痕量元素，痕量元素是不需要的，而微合金化元素是为了改善钢的性能而有意添加的。

与其它合金元素相比，微合金化元素不仅在加入的数量上不同，而且其冶金学机理也不相同。

合金元素要紧是阻碍钢的基体结构，而除了溶质的拖弋作用之外，微合金化几乎不阻碍钢的显微组织及第二相的沉淀。

微合金化的应用是十分广泛的，例如硫化物形状的操纵，沉淀强化，晶粒细化，提高淬硬性等。

然而其要紧作用是脱氧与脱硫作用。

铌开始应用于60 年代，而到70 年代，随着控轧控冷的应用，铌的应用取得重要进展，也确实是说，在奥氏体再结晶温度以下区域进行轧制。

在强度和韧性的结合方面，使钢的性能明显改善，第一用于生产运输天然气与原油的大直径管线。

十年前，欧洲铌铁在钢铁企业的应用大约每年5000吨，其中80%是用于低合金高强度钢，而大部分用于生产大直径管线。

如图2所示，近十年来，铌铁的用量增加了一倍多。

其中，低合金高强度钢，仍以80%的消耗量，占据首位。

由于全球不景气，自80年代以来，尽管在某些地区钢管的用量有所下降，但含铌钢管的用量并没有下降。

由于铌在钢中的应用所带来的好处，使微合金化在低合金高强度钢中的应用越来越广泛，专门在建筑业与汽车制造业。

更有甚者，热镀锌薄钢板的需求增加引发了无间隙原子钢（IF）的生产，它通常含有铌。

在欧洲，铌铁的下述三个应用趋势将得到分析。

图2：欧洲铌的应用分布图用于制造大直径管线的钢板、钢带如图3所示：大直径钢管的进展要求考虑安全性，以幸免脆性断裂，抑制韧性裂纹的扩展。

大量实验说明，为满足这一要求，钢管的材料需要高强度与高韧性。

图3：大直径钢管用钢的进展趋势通过生产低碳含量的洁净钢，能够满足这一要求，以晶粒细化作为要紧的强化机理。

含铌微合金钢的组织性能研究的开题报告

含铌微合金钢的组织性能研究的开题报告
钢是一种重要的工业材料，其具有优良的力学性能、加工性能和耐腐蚀性能，在机械制造、航空航天、汽车、轨道交通等领域得到广泛应用。

含铌微合金钢是钢的一种重要类型，通过添加微量的铌元素可以显著提高钢的强度和韧性，提高其抗拉强度、屈服强度和冲击功等性能。

因此，含铌微合金钢的研究具有很高的实际意义和重要性。

本研究旨在通过对含铌微合金钢的组织和力学性能进行研究，探究铌元素对钢的影响规律，并寻求优化含铌微合金钢的配方和热处理工艺，进一步提升其性能指标。

具体工作计划如下：
1.回顾国内外关于含铌微合金钢的研究现状，分析铌元素在钢中的作用机理及其影响因素。

2.设计含铌微合金钢的材料配方，制备出一系列不同铌含量的试样。

3.对试样进行热处理，采用金相显微镜观察试样的显微组织结构，分析铌元素对钢的晶界、析出相以及晶粒尺寸等方面的影响。

4.测量试样的力学性能指标，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功等参数，分析铌元素对钢的力学性能指标的影响规律。

5.通过对试样的比较分析，寻求优化含铌微合金钢的配方和热处理工艺的方案，提升其综合性能水平。

本研究将采用实验室试验方法进行研究，在理论和实践相结合的基础上，探究含铌微合金钢的组织和力学性能规律，为钢材的发展和应用提供理论支持和实践指导。

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型，立了新的具有较高精度的铌微合金化钢的强度模型，实际生产工艺的制定奠定了理论建为
基础。
关键词：轧；微合金化钢；服强度；型；铁素体热铌屈模中图分类号：Ｇ３文献标志码：文章编号：０８— ７６２１）２— ０６— ５Ｔ３Ｂ１００１（０２００２０
ｏｎｔｏｏｒｉｇｏｔａｃｕａｒｄｃｉｒｃｓ．ｆｕｄａｉｎｆｒｗｏｋｎｕｎａｔｌｐｏｕｔｎｐｏｅｓｏ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｏｌｎｈｔｒｉｇ；Ｎｂｍｉｒ — ｌｙｄｓｅｌｉｌｔｅｇｈ；ｍｏｌｅｒｔｉｃｏａｌｅｔｅ；ｙｅｄｓｒｎｔｏｄｅ；ｆｒｉｅ
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２６
宝
钢
技
术
２１第２期０２年
铌微合金化钢组织一性能关系模型的研究
袁向前薛，鹏孔，伟焦四海，２０４）０９１
（宝山钢铁股份有限公司１研究院，．上海２１０；．０９０２热轧厂，上海２０４；０９１
３厚板部，海．上
摘要：过热轧试验，通系统地研究了三种铌微合金化钢的显微组织和力学性能。结果表明，素体晶粒尺寸对屈服强度的影响程度与钢中铌含量相关，贝氏体分数对屈服强度的影铁而
响程度与钢中铌含量无关。将铌含量和贝氏体分数作为模型参数引入微合金化钢强度计算模
２．ＨｏｔＲｏｌｎａ，Ｂａｏｈｎｒｎ＆ＳｔｅｌｉｇＰｌｎｔｓａＩｏｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｎｇａｉ２０９ｈａｈ０４１，Ｃｈｎａ；ｉ
３Ｈｅｖｌｔｌｎ，ａｓａｒｎ＆Ｓｅｌｏ，ｔ．ｈｎｈｉ０９ｈｎ）．ａｙＰａｅＰａｔＢｏｈｎＩｏｔｅＣ．Ｌｄ，Ｓａｇａ０４，Ｃｉａ２１
ｄｉ１．９９ｊｉｓ．０８—０１．０２０．０ｏ：０３６／．ｓｎ１０７６２１．２０６
ＲｅｅｒｈｏｔｏｅｆｔｅａｉｎｈｐｂｔｅｉｒｓｒｔｒｓｓａｃｎｈｅｍｄｌｏｈｅｒｌｔｏｓｉｅｗｅｎｍｃｏｔｕｃｕｅａｄｍｅｈａｉａｏｅｔｅｆＮｂｍｉｒａｌｙｄｓｅｌｎｃｎｃｌｐｒｐｒｉｓｏｃｏ．ｌｏｅｔｅｓ
ＡｂｔａｔＴｅｉｄｆＮｂｍｉｒ — ｌｙｄｓｅｌｍｉｒｓｒｃｕｅｎｍｅｈｎｃｌｐｏｒｉｓｓｒｃ：ｈｒｅｋｎｓｏｃｏａｌｅｔｅｓ’ ｏｃｏｔｕｔｒｓａｄｃａｉａｒｐｅｔｅｗｅｅｓｕｅｙｔｍａｉａｌｈｏｇｔｒｌｉｇｅｐｒｍｅｔ．Ｔｈｅｕｌｉｄｃｔｓｔａｈｆｅｔｏｈｒｔｄｉｄｓｓｅｔｃｌｔｒｕｈｈｏｏｌｎｘｅｉｎｓｙｅｒｓｔｎｉａｅｈｔｔｅｅｆｃｆｔｅ