0.06 0.04
0.3% C
0.02
0 900
1000
1100
1200
1300
1400
Reheat Temperture, C
微合金化钢的热塑性
• Nb、V均降低钢的热塑性 • Nb钢热塑性开始下降温
度比V钢高100-150℃ • V钢更容易连铸
铸造性能 Castability 钒对低合金高强度钢板坯开裂倾向的影响
0.20 ＜0.003 ＜0.003 0.99
1.01
内容提要 Outline
• 国内外钒钢的发展 (Background) • 钒钢的冶金学特性(Metallurgical Characteristics) • 钒氮微合金化技术 (V-N Microalloying)
• 氮的强化作用 (N Strengthening Effect ) • 钒钢的晶粒细化 (Grain refinement in V-N steels)
• 氮的强化作用 (N Strengthening Effect ) • 钒钢的晶粒细化 (Grain refinement in V-N steels)
• 钒微合金化钢品种发展( V-microalloyed Steels)
V钢的发现
钒Vanadium
•
美丽元素 The Beautiful Element
0.06%V Steel
抗回火软化 /二次硬化
Temper resistance/secondary hardening
Element
C Cr Co Mn Ni W Mo Si V
Retardation in tempering per 1%
addition -40 0 8 8 8 10 17 20 30
0.02
0.025
0.03
wt% N
350
Isothermal transformation
(b)
650°C/500s
300
250
200
150
100
50 0
0.12V-0.023N 0.12V-0.013N 0.06V-0.025N 0.12V-0.005N
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
– 广泛的适应性 Effective Strengthening at all Carbon Levels
– 可控的强化效果 Predictable Strengthening over Large V Alloying Range (up to 0.15%)
V在铁素体中析出
0.005%N
氮对V(CN) 析出的影响
• 钒微合金化钢品种发展( V-microalloyed Steels)
V-N复合微合金化技术
利用廉价的氮，提高V析出效率，细化钢的晶粒尺寸，实 现低成本、高性能、高效率
钒
创 新 与 应 用
氮 微 合 金 化 技
术
钒氮微合金化理论体系
钒氮钢晶粒细化技术 钒氮钢生产工艺技术 低成本钒氮钢品种技术
N在钒钢中的作用 析出理论模型
Vanadium Strengthening at Different Nitrogen Levels
300
250 200
150
100 50
0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
%V
50 ppm 100 ppm 150 ppm 200 ppm
抗应变时效
C-Mn Steel
昆士兰州
[Queensland]
新西兰
[New Zealand]
磁铁矿 [Magnetite] 铁矿砂 [Iron Sands] 石油,油页岩,沥青砂 [Oil, Oil Shale and Tar Sands] 含磷矿 [Phosphorous Ores] 铀矿 [Uranium Ores] 含钒的粘土 [Vanadiferous Clays]
差距－吨钢钒消耗
Specific V consumption：
China (<0.04kg) less than world average level (0.053kg) 中国有巨大市场潜力
内容提要 Outline
• 钒钢的发展 (Background) • 钒钢的冶金学特性(Metallurgical Characteristics) • 钒氮微合金化技术 (V-N Microalloying)
wt% C
微合金碳氮化物溶解度
高溶解度
V, Nb in Solutiion, Wt %
Effect of Reheat Temperature on Maximum Solubility of VN and
NbC
Nb @ 0.10% C
Nb @ 0.15% C
Nb @ 0.20% C
Nb @ 0.30% C
世界钒的生产与消耗
中国是全球钒产业增长驱动力
中国钒产业的发展
V钢的发展与应用
• 早期应用：
– 1900年，英国谢菲尔德大学 Arnold教授工、模具钢领域，包 括了从高速钢到冷作、热作模具 钢
– 1910年，福特汽车关键部件
• 50年代起，钒微合金化钢发展 ，扩大了钒的应用
– >90%钒用于钢铁的合金化，其中 ，65%用于微合金化结构钢；
◇ 80‘s，RCR技术，V-Ti微合金钢的发展 ◇ 90‘s，第三代TMCP技术，利用VN诱导晶内铁素体（
IGF），V-N钢高强度厚板和厚壁H型钢 ◇ CSP技术发展，促进了V-N微合金化高强度带钢的发展
V-HSLA Steels in China
中国钢铁产品结构 China Steel Products Mix
• 氮的强化作用 (N Strengthening Effect ) • 钒钢的晶粒细化 (Grain refinement in V-N steels)
• 钒微合金化钢品种发展( V-microalloyed Steels)
为什么用钒？
• 钒钢的冶金学特性（技术优势）
– 良好的工艺性 Easy to Use During Steelmaking • High Recovery In Alloy Additions • Good Castability • High Solubility in Reheat Operations • No Additional Roll Force Requirements
V @ 50 ppm N
V @ 100 ppm N
V @ 150 ppm N
V @ 200 ppm N
Nb @ 0.05% C
0.18 0.16 0.14
50 ppm N
100 ppm N
150 ppm N 200 ppm N
0.05% C
0.1% C
0.12
0.1
VN
0.08
NbC
0.15% C 0.2% C
高氮钢
25 MPa
V%
Vanadium Saving
0.1
0.08
0.08
0.06 0.04
合金钢 9%
低合金钢 38%
碳素钢 53%
含钒钢种类
HSLA钢：
建筑、钢筋、桥梁、 管线、造船、汽车等
特殊钢/不锈钢：
工模具、高速钢、耐 磨钢、耐热钢等
铸钢铸铁：
钒在特殊钢中应用
1. 工具、模具钢 2. 耐热钢、高温合金 3. 合金结构钢
中国含钒钢标准分布
钒钢在国防工业中的应用
钒钢在建筑工程中的应用
低变形抗力
To( C) 977 946 917 889 863 838 814
250
200
150
C-Mn
100
50
Nb V
流动应力, N/mm2
[Flow Stress, N/mm2]
1000/T ( oK)
终轧温度对平均流动应力的影响
[Mean Flow Stress as a Function of Hot Rolling Temperature at the Finishing Stand]
Influence of Vanadium on Propensity for Slab Cracking in HSLA Steel
钒微合金钢铸造性能
Ref. K. M. Banks, A. Tuling and B. Mintz: Materials Science and Technology, Vol. 27, 2011, 1309-1314
▪ 析出相尺寸分布
▪ V-N钢小于10nm细小颗粒数量明显 增加：从21%提高到32%
Distribution Ratio of Vanadium, %
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
V V(C,N) V M3C V sol
V V(C,N) V M3C V sol
– 钢中钒的消耗：
– 世界平均0.050kgV/吨钢
– 中国0.045kV/吨钢
V微合金化结构钢的发展
◇ 50‘S，焊接应用，增碳强化 受限制，细晶强化技术的 发展促进了微合金钢的发展
◇ 60-70‘s，开发了系列V-N钢，YS达到320-560MPa，包 括了板、带、型钢；
◇ 65年后，控轧工艺商业化，Nb微合金钢发展，为进一 步提高强度，发展了Nb-V控轧钢
V Steel
85ppm[N] 35.5 8.2 56.3
VN Steel
180ppm[N] 70 10 20
氮对V(C,N)相间析出的影响