钢的合金化机理（一）.pptVIP

* 钢的合金化机理 RAL 东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 杜林秀 RAL 1 钢中的合金元素 2 合金元素与铁的相互作用 3 合金元素与碳的相互作用 4 合金元素对铁碳相图的影响 5 合金元素对C曲线的影响 6 合金元素在低合金高强度钢中的作用 7 Nb、V、Ti在微合金钢中的作用 8 管线钢的合金化 9 耐候钢的合金化 RAL 为了合金化的目的而加入并且含量有一定范围的元素称为合金元素。 目前钢中常用的合金元素有： 碳、硅、锰、铬、镍、钨、钼、铌、钒、钛、锆、铝、铜、钴、氮、硼、稀土； 磷、硫 1.钢中的合金元素 RAL 第一类：能够扩大g相区的元素 1）镍、锰、钴、铂、铱－无限互溶； 2）碳、氮、铜、锌、金、氢－有限溶解。 第二类：能够缩小g相区的元素 1）铬、钒、钼、钨、钛、硅、铝、磷； －能完全封闭g相区 2）铌、锆、锶 奥氏体形成元素； 铁素体形成元素 2 合金元素与铁的相互作用 RAL 不能与碳相结合的元素：铜、硅、镍、铝、钴； 能够与碳结合形成碳化物的元素： 铁、锰、铬、钼、钨、钒、钽、铌、锆、钛 1）碳原子半径与金属原子半径之比小于0.59时，形成间隙相，如TiC, WC； 2）碳原子半径与金属原子半径之比大于0.59时，形成具有复杂结构的碳化物。 当钢中含有几种碳化物形成元素时，碳含量较低时强碳化物元素优先与碳结合；碳含量逐渐增加时，弱碳化物形成元素也将生成碳化物。 3 合金元素与碳的相互作用 RAL 1）对单一奥氏体区的影响： 扩大奥氏体区的元素：锰、镍、氮； 缩小奥氏体区的元素：铬、钼、钛、硅 2）对共析成分的影响： 减少共析点碳含量：镍、硅、钴；铬、锰； 增加共析点碳含量：钛、铌、钒等。 3）对相变点的影响 降低相变点：锰、镍、铜、氮等； 提高相变点：铝、硅、磷等。 4 合金元素对铁碳相图的影响 RAL 除了钴之外，常用合金元素都增加奥氏体的稳定性。 几个特殊性： 铬：随着铬含量增加，珠光体转变和贝氏体转变曲线分开； 钼、钨：使两种转变曲线分离，但钨的作用小一些； 硼：微量的硼（0.002-0.005%）就足以显著推迟铁素体珠光体转变，碳含量低时更为明显；对贝氏体转变的影响较小。取决于硼在奥氏体晶界的偏聚程度。 5 合金元素对C曲线的影响 RAL 1）铁素体的固溶强化：锰、硅、镍、铬、铜、钴、磷； 2）增加珠光体量：碳、锰 3）细化晶粒：铌、钒、钛 4）对大气耐腐蚀性能的影响： 铜、磷、铬、钼、铝－提高耐大气腐蚀性能； 锰、硅、钒－与含量有关； 碳、硫－降低耐大气腐蚀性能。 淬透性，回火脆性 轴承钢、弹簧钢、耐磨钢（合金结构钢） 6 合金元素在低合金结构钢中的作用 RAL 7 Nb、V、Ti在微合金钢中的作用 一般规律 沉淀强化 －析出物细小（10nm以下） 细化晶粒 为了充分发挥上述两项作用，了解碳化物、氮化物的溶解度是非常必要的。 TiN－最稳定 NbN、NbC次之 VC－溶解度最高 氮化物溶解度小于碳化物 RAL 固溶度积 Logks=log[M][X]=A-B/T ks－平衡常数 [M]－溶解的合金元素含量 [X]－溶解的碳氮含量 A、B－常数 T－绝对温度 当存在多个合金元素和碳/氮比变化的时候，实际的析出过程比人们想象的要复杂，所以不同的文献有不同的固溶度积关系式。 RAL Fe-V-C-N四元合金系统 1）Fe-V-C三元系统 VC1－x， V2C1－x， V3C2，s相等 2） Fe-V-N三元系统 2个体心立方相（a；b－V） 2个面心立方相（g；VN） 2个密排六方相（FeN－e；V2N） 液体，N2，s相等 RAL 3）V（C，N）的溶解和析出 奥氏体中以纯的氮化物形式析出； 相变过程和相变后析出富氮的碳氮化物。 RAL Fe-Ti-C-N四元合金系统 1）TiN的存在温度高，抑制奥氏体晶粒长大 （0.01%Ti即可） 2）Ti含量增加时，低温析出的TiC具有沉淀强化作用 3）Ti与氧、硫的亲和力强 RAL RAL Ti可以改变硫化物的形态； 硫化物或碳硫化物的形成将减少用于形成TiN和TiC的Ti量。 RAL Fe