微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。

微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。

ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。

多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。

热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。

实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。

碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。

在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。

合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。

合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。

合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。

提高温度会增加氮化物的分数比例。

钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。

1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。

由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。

变形使析出过程的孕育时间大大缩短。

2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。

在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。

微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。

然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。

正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。

这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。

钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。

碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。

钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。

因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。

当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。

与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。

而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。

微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。

碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并有氮化铝形成，因而阻止了在正火温度下奥氏体晶粒的长大。

当钢冷却时，氮化钒可能在Ar3温度下沉淀析出，通过促进铁素体的形核，或者阻止新形成的铁素体晶粒的长大，从而对正火钢的晶粒细化做出了贡献。

剩余的钒以碳、氮化物的形式在铁素体中析出而起到提高强度的作用。

当钒释放了一部分氮并转移给铝后，以碳氮化物形式的析出比轧制状态要少得多，因此，正火钢的强度低于热轧材的强度，但由于晶粒细化的结果，其韧性却较高。

钒也经常和铌或钛一起用于热轧材或正火钢中，通过加铌或钛达到细化晶粒的效果，而通过钒的沉淀析出来增加强度。

钢中加入钒不仅能提高钢的强度、降低过热倾向而且对钢的低温韧性有明显的影响。

当钒的质量分数低于0.1%时，随钒含量的增加，钢的韧脆转变温度降低。

当钒的质量分数超过0.1%时，钒含量增加，韧脆转变温度反而升高。

这是因为钒含量较低时其析出物细小弥散起到明显细化晶粒的作用，使钢的强韧性提高。

钒含量过高时，析出物数量增加，尺寸增大导致钢的韧性降低。

在含锰和硅的钢中，加入少量的钒就可以明显减轻这两种元素对晶粒长大和提高韧脆转变温度的影响。

在一定的温度范围内，铸坯存在一个塑性低谷，此时易发生铸坯边部表面裂纹。

铸坯塑性降低形成的裂纹通常沿奥氏体晶界分布。

塑性低谷通常存在于700～1000℃的温度范围内。

从塑性低谷宽度及其存在温度范围两个方面来看，普通C-Mn钢对裂纹并不敏感，微合金钢中这一问题比普通C-Mn钢要严重得多。

原因是奥氏体晶界上粗大的碳氮化物粒子处形成空洞；细小的碳氮化物沉淀强化了晶内；在变形亚结构中的析出阻止了动态再结晶，阻止了晶界处的应力释放。

最敏感的是含铌微合金钢，含钒微合金钢介于普碳钢和含铌钢之间。

较高的氮含量扩大了含钒钢的塑性低谷区，特别是使塑性低谷向高温方向移动。

研究结果表明，如果钢中钒和氮水平能够满足ω(V、N)<1.2×10-3的要求，含钒钢的热塑性优于含铌钢，并且实验结果表明，含铌钢中添加钒，即使铌含量保持不变，也可改善热裂纹抗力。

在钒微合金化钢中，一般采用再结晶控制轧制(RCR)，使得钢在奥氏体中充分发生再结晶，从而获得细的奥氏体晶粒，为最终获得细晶粒钢提供保障，这是此类钢控制轧制的特点。

钒在细化晶粒方面的作用比铌弱，但在钢中氮含量较大的情况下，也可起到一定的细化作用。

在含氮较高的钒微合金钢中，奥氏体一铁素体相变比率比C-Mn钢和低氮钒钢明显增加，增氮促进了碳氮化钒在奥氏体／铁素体相界面的析出，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到了细化铁素体晶粒尺寸的作用。

其他合金元素对微合金元素在钢中作用的影响？含钒钢中增氮提高了碳(氮)化钒的析出温度，且氮和钒具有更强的亲和力，促进了VC、VN的析出，使钢中原来处于固溶状态的钒转变成析出状态的钒，充分发挥了钒的沉淀强化作用。

氮除增强沉淀强化作用外，氮在钢中还具有明显的细化晶粒作用。

增氮促进了碳(氮)化钒在奥氏体一铁素体界面的析出，有效阻止了铁素体晶粒的长大，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。

钒氮微合金化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了晶粒细化强化和沉淀强化两种强化方式的作用，显著改善了钢的强度、韧性配合。

增氮促进了碳氮化钒在奥氏体一铁素体相界面的析出，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。

高氮钒钢中由于VN或V(C,N)的析出，促进了晶内铁素体(IGF)的形成，这是钒氮钢晶粒细化的另一重要原因。

钛能形成相当稳定的TiN，它在奥氏体中实际上是不溶解的，因此在热加工和焊接过程中可有效阻止晶粒长大，此时宜用少量的钛(0.01%甚至更少量)。

在低合金高强度钢中加入微量钛，可以提高钢的强度，改善钢的冷成形性能和焊接性能。

钛在钢中主要以TiC或Ti(C,N)的形式存在。

钛比铌的固溶温度稍低，即在相同的固溶温度下，钛比铌溶解量多些。

钛具有阻止形变奥氏体再结晶的作用，可以细化晶粒；此外，钛有促进粒状贝氏体形成的作用。

钛形成高温下非常稳定的TiN，在热加工前的再加热过程中抑制奥氏体的晶粒长大。

此外，钛还可以夺走Nb(C,N)相中的氮，若钛的含量刚好足以固定大多数的氮，钛的加入可使铌形成几乎是纯的碳化铌，而不是无钛钢中的氮化铌。

虽然较高的钛含量将导致粗大的液态析出TiN的出现而不能起到阻止晶粒长大的作用，但超出w(Ti)\w(N)理想化学配比的钛将以固溶钛形式或以细小TiC质点形式而显著阻止再结晶，起到析出强化作用。

钛还可以作为钢中的硫化物变性元素使用，以改善钢板的纵横性能差。

Nb在钢中以形成NbC、NbN为主，NbC与NbN具有相同的晶体结构且点阵常数相近，因而可以无限互溶形成碳氮化物NbCxN1-x,其中x可在0~1之间变化通过控制钢中的Nb、C、N含量的变化，可使x变化。

N/C越高，析出物中越富N且析出温度越高。

稀土在钢中有净化和明显的变质作用。

稀土和氧、硫有很强的亲和力，钢中加入稀土首先形成各种稀土夹杂物，在全氧的质量分数大于0.005%，硫的质量分数大于0.015%的钢中，98%以上的稀土以夹杂物形态存在，固溶稀土仅有ppm数量级。

稀土降低碳、氮的活度，增加其溶解度，降低其脱溶量，使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中去，减少了钉扎位错的间隙原子数目。

稀土影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构，因而提高金属和合金钢的力学性能。

稀土加入钢中可以显著提高钢的横向冲击性能。

稀土对韧性所做的贡献是通过对硫化物变质来实现的，当条状MnS大部分被球状、纺锤状稀土夹杂物取代后，断口会出现因球状稀土夹杂物引起的韧窝，从而达到改善韧性的目的。

加入稀土后，高温条件下的伸长率和断面收缩率明显提高，钢的热塑性得到改善。

热塑性改善的主要原因是稀土能够细化铸态组织、减少合金偏析、强化晶界。

由于钢中稀土元素能有效地脱硫、脱氧、降低钢中夹杂物数量并使夹杂物变质，从而增强钢基体的耐蚀性。

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