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HSLA高强度低合金结构钢微合金化钢的研发
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-12-01
HSLA高强度低合金结构钢微合金化钢的研发
Ｖ在钢中应用最大的领域是高强度低合金结构钢（ＨＳＬＡ钢），也称为“微合金化钢”。微合金化钢的发展始于２０世纪５０年代后期。随着二战后焊接结构的广泛应用，Ｃ对焊接结构韧性及焊接性的不利影响凸现出来，通过增Ｃ提高钢的强度的手段受到限制。研究发现，Ｖ合金化能使碳钢的强度大幅提高，尤其是在淬火回火的工艺条件下，性能改善更为明显，促进了Ｖ微合金化钢的生产和应用。Ｖ微合金化元素的沉淀强化可以替代Ｃ的强化作用，同时使焊接性得到改善。
研究表明，为了充分发挥Ｖ的沉淀强化作用，在含Ｖ钢中增Ｎ十分必要。采用Ｖ-Ｎ微合金化，能够充分发挥Ｖ的沉淀强化作用。
由于Ｎ与Ｖ更强的亲和力，Ｎ的加入增加了Ｖ（Ｃ，Ｎ）析出的驱动力，促进了Ｖ（Ｃ，Ｎ）的析出。Ｖ-Ｎ钢中，随着Ｎ含量的增加，析出相中碳氮组分明显变化。低Ｎ的情况下，析出相以碳化钒为主，随Ｎ含量增加，逐渐转变成以氮化钒为主的析出相。当钢中Ｎ质量分数增加到０.０２％时，在整个析出温度范围，均是析出ＶＮ或富氮的Ｖ（Ｃ，Ｎ）。低Ｎ的Ｖ钢中，近６０％的Ｖ固溶于基体，只有约３５％的Ｖ以Ｖ（Ｃ，Ｎ）形式析出；而高Ｎ的Ｖ-Ｎ钢中则完全相反，７０％的Ｖ以Ｖ（Ｃ，Ｎ）形式析出，仅剩２０％的Ｖ固溶于基体中。这一结果说明，钢中缺Ｎ的情况下，大部分Ｖ没有充分发挥其析出强化作用；增Ｎ后使钢中原来处于固溶状态的Ｖ转变成析出状态的Ｖ，充分发挥了Ｖ的沉淀强化作用。含Ｖ钢中增Ｎ后，不仅析出相数量成倍增加，而且析出相的粒度更加细小弥散，因而析出强化的效果也明显增强。试验证明，Ｖ（Ｃ，Ｎ）的沉淀强化效果随Ｎ含量的增加线性递增，最大的强度增量能够达到３００ＭＰａ。含Ｖ钢中每增加质量分数０.００１％的Ｎ可提高强度６ＭＰａ以上。Ｎ质量分数０.００５％的钢，要想获得１５０ＭＰａ的强度增量，钢中需要添加质量分数约０.１％的Ｖ；当钢中Ｎ质量分数增加到０.０１％时，获得同样强度增量所需的Ｖ含量可降低到０.０７％Ｖ的水平；若进一步增加钢中Ｎ质量分数到０.０１５％，获得同样强度增量所需的钒质量分数可降低到０.０５％的水平，比Ｎ质量分数０.００５％钢中所需Ｎ含量减少一半。由此可见，增Ｎ可明显节约Ｖ的消耗，显著降低生产成本。
另外，Ｖ-Ｎ钢奥氏体中析出的Ｖ（Ｃ，Ｎ）颗粒是晶内铁素体形核的有效核心位置，由此可以通过促进晶内铁素体形核，有效细化铁素体晶粒。
中国拥有丰富的钒资源，钒合金化技术在中国钢铁生产中具有广阔的应用前景。
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