钢的微合金化

世界范围内的微合金化钢的产量不断增加,新的钢种不断开发出来,并应用在许多领域。要保持在钢材料领域的良好竞争能力,走微合金化技术之路,是生产高强度和高质量产品的经济有效的途径。

 

微合金化钢的发展可由Nb的总消费量来描述,因为Nb是一种主要微合金化元素,并且75%Nb产量应用于微合金化钢。20世纪70年代Nb的消费量急剧上升,当时控轧工艺在全世界范围内被采用,同时汽车工业使用量也在增加。20世纪80年代是稳定期,但微合金化钢产量继续增加,Nb消费的稳定是因为钢铁厂效率的提高。如连铸设备的安装,加速冷却等,对给定量的最终产品这可节省材料。然而在Nb消费量达到饱和点后,在20世纪90年代Nb的需求又显著增加。这是受许多重要的钢铁公司产品结构调整的影响。他们的品种集中在附加值高的产品包括微合金化钢。在欧洲每吨钢中的FeNb60g

 

钢的微合金化不仅在于改进工艺、降低成本的需要,主要是大大改善了钢的力学性能和使用工艺特性。微合金化钢定义为低合金高强度钢的范畴,或者说是新一代低合金钢。钢中假如NbVTi元素的总和不超过0.15%,在钢加热——冷却和形变过程中其碳、氮化物具有溶解——析出行为,对钢的物理、化学性质和力学性能有明显的影响,通常在热机械处理(包括控轧、控冷)状态下作为工程和机械结构用材或冷冲压用材。

 

微合金化元素在钢中的作用很大程度上取决于工艺的配合,它不仅仅是细化晶粒和析出强化的效果,而且对钢的耐蚀性、耐热性、耐磨性以及其它的物理、化学性质的影响也是十分重要的。

 

微合金元素能够影响显微组织参数是:

晶粒尺寸, 晶粒形状;

各种尺寸的析出物;

基体组织铁素体、贝氏体、马氏体;

位错密度;

织构;

非金属夹杂物

 

一般的晶粒细化方法是在炼钢过程中向钢液添加微合金元素(Nb, V, Ti, B, N)进行变质处理以提供大量的弥散质点促进非均质形核 ,从而使钢液凝固后获得更多的细晶粒。这种微合金化是比较有效的细化钢铁材料晶粒的方法之一。在一定范围内,随微合金元素含量的增加 ,铁素体晶粒越细小。

 

晶粒细化原因有两方面:一方面,某些固溶合金化元素(W, Mo, Mn )的加入提高了钢的再结晶温度,同时也可降低在一定温度下晶粒长大的速度;另一方面,某些强碳化物形成元素( Nb, V, Ti)与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级的化合物,对晶粒增长有强烈的阻碍作用并且当这种纳米级化合物所占体积分数为2%对组织的细化效果最好。


 

铌是钢中常加入的微合金元素 ,通常加入量小于0.05%,在钢中形成 NbC NbN 的化合物在再结晶过程中铌阻止奥氏体回复再结晶的作用最强烈。钢中加入铌并通过再结晶控轧技术可使铁素体晶粒尺寸细化到6μm。钒的强化增量主要是靠析出强化,细化晶粒的份量很小。它与碳和氮有较强的亲和力形成 V (C, N)的弥散小颗粒对奥氏体晶界有钉扎作用,可阻碍奥氏体晶界迁移即阻止奥氏体晶粒长大,并提高钢的粗化温度;同时形成的 V(C, N)在奥氏体向铁素体转变期间在相界面析出,有效阻止了铁素体晶粒长大,起到细化铁素体晶粒的作用。通常,钢中钒加入量控制在0.04 %0.12%范围。钛也是极活泼的金属元素能与铁和碳生成难溶的碳化物质点富集在晶界处阻止晶粒粗化。通常钛的加入量应大于0.025%。高温下,钢中钛以TiN TiC弥散析出,可以成为钢液凝固时的固体晶核,有利于结晶,细化钢的组织。合金元素一般是以复合形式加入钢中而且复合合金化处理效果比单一合金化处理效果更好。

 

微合金化元素对形变诱导相变也有影响铌可提高形变诱导相变温度扩大形变诱导变形区更易获得超细晶铁素体。钢中碳含量降至超低碳范围时,也容易发生形变诱导相变并获得超细晶粒。但单纯的微合金化细化技术对钢铁材料组织细化有较大的局限性因此应结合一定的热处理工艺进行综合细化才能获得较好的效果。    BILSTEIN的微合金钢是依照DIN EN 10268标准,提供最小屈服强度260420MPa,具有优良冷成型性能的各种强度钢板。该类钢板用在那些低碳钢或非合金钢所不能满足的高强度零件的生产。另外,使用这种较高规格的钢板意味着可以减少钢带的厚度并降低成品的重量和成本。

 

与早先常见的更高硬度的结构钢相比,此类低珠光体的微合金钢明显降低了碳含量,因此,几乎适用所有技术标准的焊接工艺。

 

应用:

汽车座椅系统、汽车传动件、车门、罩和车盖系统、家具铰链、门窗五金件等

 

如有所需,还可以开发超出标准的具有更严格化学成分、抗压缩性能的产品或者低毛刺的产品。

 

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