概述合金元素铌在结构钢中的应用

70年代以来，为了节约能源﹑减少污染﹑降低成本，各国相继开发了许多不需要淬火回火处理的结构钢，即所谓非调质钢，受到了机械工业的关注，并且得到愈来愈广泛应用。微合金化对于开发这类钢种起了至关重要的作用。
机械制造工业使用大量碳素钢和合金结构钢制作零件。这些钢种除要求具有一定的强度性能外，还要求有良好的塑韧性﹑耐疲劳性﹑耐磨性等。为了达到优异的性能匹配，除了要求钢冶炼时保证高的纯净度外，通常在热加工变形后采用淬火回火处理作为最终使用状态。有些部件为了提高表面硬度，提高耐磨性还采用渗碳﹑渗氮或碳氮共渗等表面硬化处理。以下介绍典型的含铌钢种及其生产技术：
⒈渗碳钢
渗碳钢属于表面硬化钢，渗碳是广泛使用的表面硬化技术。自从30年代初采用能避免高温渗碳时晶粒过度长大的Al镇静钢以来，这种工艺没有多大变化。日本大同特殊钢研制开发了防晶粒粗大化的加Nb的SCr420钢。SCr420钢是汽车曲轴﹑连杆用钢，在实际应用中由于冷加工或高温渗碳，发现该钢有晶粒异常长大倾向，在950℃开始晶粒粗大化，出现混晶。异常晶粒直径达到50μm。这种情况显著降低零件的疲劳强度，冲击韧性和零件精度。用Nb 微合金化的SCr420钢不仅无晶粒异常长大现象，而且耐疲劳性有显著提高。加Nb 钢的旋转疲劳极限为843MPa，比加Al钢提高了将近100MPa。这是Nb的细化晶粒的结果。
⒉调质钢
中碳的铁素体珠光体型非调质钢取代淬火回火钢，在强度上可以达到抗拉强度800-1000MPa，屈服强度达到500-650MPa的水平。细化晶粒是强化机制中唯一的既能提高强度又能改善韧性的方法。除细化显微组织以外，也还可以通过加入合金元素Mn﹑Ni来改善铁素体的韧性，但是一般加入量较大，而且有一定的限度，加多了还会带来其他的副作用。用Nb和V进行非调质钢的复合微合金化，可在用V的析出强化提高非调质钢的强度的同时，改善钢的韧性。
铁素体-珠光体型中碳非调质钢应用在形状复杂的零件，要达到稳定的高韧性有困难。对运动的部件和低温使用的部件要求有更好的强度和韧性配合以及有更好的低温韧性。低碳贝氏体或低碳马氏体型非调质钢的开发使综合性能上了一个新的台阶。其基本思路首先是降碳，改善韧性。提高Mn有利于增加钢中贝氏体的含量，在空冷时易得到低碳贝氏体。为防止先共析铁素体及珠光体生成，进一步加入推迟上述两种组织转变而较少推迟贝氏体转变的元素，如Mo﹑Nb﹑V及B。
含铌的结构钢钢种牌号：
各国开发的Nb系﹑Nb-V系部分中碳微合金非调质钢钢种牌号：德国蒂森的49MnV3、26MnSiVS7、德国Gerlach-worde的C38mod-BY、巴西Keupp-Wolkswagen的Perlitico de Forja、法国Ascometal的METASAFE 800、METASAFE 1000、METASAFE 1200、意大利Fiat Auto & Deltasider的HVO80SL、HVO90SL、日本的NC33HF-1、GNF45、中国的35MnVNb、45MnVNb等。

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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