滲碳鋼如何合金化

❶ 滲碳鋼的熱處理工藝路線及方法是什麼

滲碳鋼的熱處理一般是滲碳後進行淬火及低溫回火，以獲得高硬度的表層及強而韌的心部。根據鋼的成分的差異，常用的熱處理方法有以下幾種。
（1）滲碳後預冷直接淬火及低溫回火
這種方法適用於合金元素含量較低又不易過熱的鋼，如20CrMnTi、20CrTi等。
（2）一次淬火
滲碳後緩冷至室溫，重新加熱淬火並低溫回火。適用於滲碳時易過熱的碳鋼、低合金鋼工件及固體滲碳後的零件等。
（3）兩次淬火
滲碳後緩冷至室溫，重新加熱兩次淬火並低溫回火。適用於本質粗晶粒鋼及對性能要求很高的工件，但生產周期長，成本高，易脫碳氧化和變形。
對於合金化程度較高的18Cr2Ni4WA等鋼種，如果滲碳後預冷淬火，滲層將存在大量殘留奧氏體，使硬度降低。為此，生產上採用滲碳空冷後進行高溫回火，使殘留奧氏體分解，然後再進行加熱淬火和低溫回火。
熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削。滲碳溫度為900~950℃，滲碳後的熱處理通常採用直接淬火加低溫回火，但對滲碳時易過熱的鋼種如20、20Mn2等，滲碳後需先正火，以消除晶粒粗大的過熱組織，然後再淬火和低溫回火。淬火溫度一般為Ac1+30~50℃。使用狀態下的組織為：表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體（硬度達HRC58~62），心部是低碳回火馬氏體加鐵素體（淬透）或鐵素體加托氏體（未淬透）。
滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。一般滲碳的溫度為900~950℃，淬火溫度為800~850℃油淬，回火溫度為180~200℃。

❷ 試述滲碳鋼的合金化思想及熱處理特點

拋磚引玉一下，本人亦熱處理工藝員。
滲碳鋼大多是低碳合金鋼或低碳鋼，正火的目的如樓上所說很全，而低碳合金鋼調質後滲碳淬火這樣的工藝比比皆是，主要原因是熱處理只是零件生產過程中的一道工序，而總工藝由機加工的工程師定，而那些人不是太專業，做了一次之後發現效果也很好，工藝定下來之後在想改就難了，殊不知正火對於機加工的切削及組織更有利，熱處理效率更高，甚至成本也低。
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❸ 滲碳鋼的詳細信息

具有高碳的耐磨層和低碳的高強韌性心部，能承受巨大的沖擊載荷、接觸應力和耐磨。汽車、工程機械和機器製造等行業中，大量使用的齒輪，是滲碳鋼應用中最具有代表性的實例。
滲碳鋼常用的合金鋼系列主要是CrMn系、Cr-Mo 系和Cr-Ni-Mo系等。
保證滲碳鋼心部的組織和性能的核心是淬透性。一般用途的滲碳鋼件的心部組織為50%左右的馬氏體加其他非馬氏體組織。重要用途（如航空滲碳齒輪），心部組織亦應為馬氏體或馬氏體/貝氏體組織。提高淬透性的常用合金元素有鉻、錳、鎳、鉬和硼。從合金化的經濟角度考慮，CrMn系（特別是含硼鋼）值得推薦，但就生產和使用的角度而言，Cr-Mo 系鋼更為優越。重要用途的、高質量要求的滲碳鋼一般均含有一定量的鉬，尤其是對於重載的大型滲碳件更需要。
當心部性能確定後，滲層組織和性能對其使用壽命具有決定性作用。滲層的組織要求為全馬氏體和細小、彌散、球狀分布的合金碳化物。保證滲層組織的核心仍然是淬透性。滲層應具有高的硬度、良好的顯微組織、合理的殘余應力分布和一定的韌性儲備。
1、用途滲碳鋼主要用於製造要求高耐磨性、承受高接觸應力和沖擊載荷的重要零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪，內燃機上凸輪軸、活塞銷等。
2、性能要求①表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌；②具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力，在高的滲碳溫度下，奧氏體晶粒長大傾向小以便於滲碳後直接淬火。
3、成分特點①低碳：含碳量一般為0.1~0.25%，以保證心部有足夠的塑性和韌性，碳高則心部韌性下降。②合金元素：主加元素為Cr、Mn、Ni、B等，它們的主要作用是提高鋼的淬透性，從而提高心部的強度和韌性；輔加元素為W、Mo、V、Ti等強碳化物形成元素，這些元素通過形成穩定的碳化物來細化奧氏體晶粒，同時還能提高滲碳層的耐磨性。
4、熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削。滲碳溫度為900~950℃，滲碳後的熱處理通常採用直接淬火加低溫回火，但對滲碳時易過熱的鋼種如20、20Mn2等，滲碳後需先正火，以消除晶粒粗大的過熱組織，然後再淬火和低溫回火。淬火溫度一般為Ac1+30~50℃。使用狀態下的組織為：表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體（硬度達HRC58~62），心部是低碳回火馬氏體加鐵素體（淬透）或鐵素體加托氏體（未淬透）。
5、常用鋼種
根據淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類：
①低淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強度均較低，水中臨界直徑不超過20~35mm。只適用於製造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。
②中淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油中臨界直徑約為25~60mm，力學性能和工藝性能良好，大量用於製造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等。
③高淬透性滲碳鋼：典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油中臨界直徑大於100mm，且具有良好的韌性，主要用於製造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機、坦克的曲軸和齒輪等。

❹ 合金鋼板的鋼的合金化

在鋼中加入合金元素後，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。 合金元素加入鋼中後，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
1. 溶於鐵中
幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金奧氏體, 按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。
擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-Fe的轉變點)下降, A4點( γ-Fe的轉變點)上升, 從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量後, 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區, 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區的元素。
縮小γ相區元素——亦稱鐵素體穩定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻含量小於7%時, A3點下降; 大於7%後,A3點迅速上升), 從而縮小γ相區存在的范圍, 使鐵素體穩定區域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。
2. 形成碳化物
合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶於鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶於基體相中，一部分形成合金滲碳體, 含量高時可形成新的合金碳化合物。 1. 對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響
擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區, 且同樣Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織 (如1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過一定含量時, 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等)。
2. 對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響
擴大γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降, 縮小γ相區的元素則使其上升, 並都使共析反應在一個溫度范圍內進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移, 強碳化物形成元素的作用尤為強烈。 合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉變。
1. 合金元素對加熱時相轉變的影響
合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對奧氏體形成速度的影響： Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶於奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。
(2)對奧氏體晶粒大小的影響：大多數合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大的元素：Mn、P等。
2. 合金元素對過冷奧氏體分解轉變的影響除Co外, 幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩定性, 推遲珠光體類型組織的轉變, 使C曲線右移, 即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 只有完全溶於奧氏體時, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物會成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩種或多種合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對淬透性的影響要強得多。
除Co、Al外, 多數合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強, Si實際上無影響。Ms和Mf點的下降, 使淬火後鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下), 以使其轉變為馬氏體; 或進行多次回火, 這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升, 並在冷卻過程中轉變為馬氏體或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。
3. 合金元素對回火轉變的影響
(1)提高回火穩定性 合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變(即在較高溫度才開始分解和轉變)， 提高鐵素體的再結晶溫度, 使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩定性。提高回火穩定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)產生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時, 硬度不是隨回火溫度升高而單調降低, 而是到某一溫度(約400℃)後反而開始增大, 並在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二次硬化現象, 它與回火析出物的性質有關。當回火溫度低於450℃時, 鋼中析出滲碳體; 在450℃以上滲碳體溶解, 鋼中開始沉澱出彌散穩定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 稱為沉澱硬化。回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉變為馬氏體的二次淬火所也可導致二次硬化。
試一試：碳質量分數為0.35%的鉬鋼的回火溫度與硬度的關系
產生二次硬化效應的合金元素
產生二次硬化的原因 合 金 元 素
殘余奧氏體的轉變 沉澱硬化 Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①
①僅在高含量並有其他合金元素存在時, 由於能生成彌散分布的金屬間化合物才有效。
(3)增大回火脆性 和碳鋼一樣, 合金鋼也產生回火脆性, 而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發生的第二類回火脆性(高溫回火脆性) 主要與某些雜質元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴重偏聚有關, 多發生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。 這是一種可逆回火脆性, 回火後快冷(通常用油冷)可防止其發生。鋼中加入適當Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可基本上消除這類脆性。 提高鋼的強度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高強度, 就要設法增大位錯運動的阻力。金屬中的強化機制主要有固溶強化、位錯強化、細晶強化、第二相(沉澱和彌散)強化。合金元素的強化作用, 正是利用了這些強化機制。
1. 對退火狀態下鋼的機械性能的影響
結構鋼在退火狀態下的基本相是鐵素體和碳化物。合金元素溶於鐵素體中, 形成合金鐵素體, 依靠固溶強化作用, 提高強度和硬度, 但同時降低塑性和韌性。
2.對退火狀態下鋼的機械性能的影響
由於合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移, 從而使組織中的珠光體的比例增大, 使珠光體層片距離減小, 這也使鋼的強度增加, 塑性下降。但是在退火狀態下, 合金鋼沒有很大的優越性。
由於過冷奧氏體穩定性增大, 合金鋼在正火狀態下可得到層片距離更小的珠光體, 或貝氏體甚至馬氏體組織, 從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結構鋼的實際含量)下影響很小。
3. 對淬火、回火狀態下鋼的機械性能的影響
合金元素對淬火、回火狀態下鋼的強化作用最顯著, 因為它充分利用了全部的四種強化機制。淬火時形成馬氏體, 回火時析出碳化物, 造成強烈的第二相強化，同時使韌性大大改善, 故獲得馬氏體並對其回火是鋼的最經濟和最有效的綜合強化方法。
合金元素加入鋼中, 首要的目的是提高鋼的淬透性, 保證在淬火時容易獲得馬氏體。其次是提高鋼的回火穩定性, 使馬氏體的保持到較高溫度，使淬火鋼在回火時析出的碳化物更細小、均勻和穩定。這樣, 在同樣條件下, 合金鋼比碳鋼具有更高的強度。 1. 合金元素對鋼鑄造性能的影響
固、液相線的溫度愈低和結晶溫區愈窄, 其鑄造性能愈好。合金元素對鑄造性能的影響, 主要取決於它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另外, 許多元素, 如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點碳化物或氧化物質點, 增大鋼的粘度, 降低流動性, 使鑄造性能惡化。
2.合金元素對鋼塑性加工性能的影響
塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固溶體中, 或形成碳化物(如Cr、Mo、W等), 都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差得多。
3. 合金元素對鋼焊接性能的影響
合金元素都提高鋼的淬透性, 促進脆性組織(馬氏體)的形成, 使焊接性能變壞。但鋼中含有少量Ti和V, 可改善鋼的焊接性能。
4. 合金元素對鋼切削性能的影響 切削性能與鋼的硬度密切相關, 鋼是適合於切削加工的硬度范圍為170HB～230HB。一般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但適當加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能。
5. 合金元素對鋼熱處理工藝性能的影響
熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產生缺陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高, 淬火時可以採用比較緩慢的冷卻方法,可減少工件的變形和開裂傾向。加入錳、硅會增大鋼的過熱敏感性。

❺ 合金滲碳鋼中常含哪些合金元素它們對滲碳鋼的熱處理，組織和性能有何影響

常見的有Cr、Mn、Ti等元素，其主要作用是形成固溶體或碳化物，可提高鋼的強度和硬度，同時還能細化組織和晶粒。

❻ 合金滲碳鋼的熱處理及性能

預先熱處理為正火，其目的是為了改變鍛造狀態的不正常組織，獲得合適的硬度以利切削加工。最終熱處理一般是滲碳後淬火加上低溫回火。使表層獲得高碳回火馬氏體加碳化物，表面硬度一般為58～64HRC；而心部組織則視鋼的淬透性高低及零件尺寸的大小而定，可得到低碳回火馬氏體或其他非馬氏體組織，心部具有良好的強韌性。

❼ 熱處理問題

1、滲碳在熱處理中的術語叫固溶滲碳，對於固溶滲碳，首先要從材料的晶格狀態著手
2、材料的晶格形式有「面心立方晶格」和「體心立方晶格」
3、「體心立方晶格」的結構較「面心立方晶格」的結構要穩定，換言之，「體心立方晶格」的材料要比「面心立方晶格」的材料要硬
4、不管是什麼形式的晶格，在合金的分子與分子之間都存在間隙，將碳元素滲透到這些間隙中，叫固溶滲碳，滲碳的目的是提高材料的硬度
5、碳素工具鋼的硬度是以碳元素與合金元素之間的金屬鍵形成穩定結構而獲得硬度的，適合做一般的工具，如：銼刀，鉸刀
6、低合金鋼的硬度是以合金元素之間形成穩定結構而獲得的硬度，其硬度要高於碳素工具鋼，適合做常規車刀、銑刀
7、高速鋼加入了耐高溫成分，適合做高硬度材料的加工道具，如車削軋輥的刀具

❽ 合金化是什麼

提高鋼的強度既簡便又便宜的方法是增加碳含量。然而，這種方法使其他所希望的性能遭到消弱，如成型性，焊接性，韌性和其他一些性能。幾個性能都重要的情況下的幾種應用，碳含量必須保持在低水平。在低碳鋼中為了獲得高強度並同時保持高水平的綜合性能最經濟的方法是應用微合金化技術。

為什麼要高強度

應用高強度鋼可以降低板厚度從而在許多應用中降低重量。在汽車工業，車體減輕可以節省燃油從而保護環境（減少排氣量）。在造船工業，船體減輕可以裝載更多的貨物。圖3顯示的是管道在管線結構中的應用。對於一個18m長，外徑1000mm的管道，當用高強度鋼X70代替低強度鋼時其重量可以從14t降低到6t。另一個重要的例子是民用建築，如圖4所示，的建築形式，用460MPa的高強度鋼代替低強度鋼（235MPa）可以節省材料40%，重量降低超過50%，焊接材料可以節約超過70%。
微合金化的效果

圖5表明了主要微合金化元素Nb，V和Ti對提高強度和韌性的作用以及其強化機理。這三個元素均是通過細化晶粒和沉澱強化提高強度，但每種機理強化程度不同。Nb具有最強的晶粒細化強化效果，而V具有最強的沉澱強化效果，Ti介於上述兩者之間。如圖6所示，晶粒細化是唯一的能夠同時提高韌性的強化機理。因此，當同時需要高強度和高韌性綜合性能時就需要添加鈮，譬如管線鋼和結構鋼。在圖5中還可以反映出鈮是經濟有效的。如要使低碳鋼的屈服強度提高100MPa，需要添加0.02%的鈮，而釩則需要添加兩倍的量。

鈮的晶粒細化引起的強烈效果與其在軋制時通過固溶，特別是碳氮化鈮析出延遲奧氏體再結晶有關系。圖7顯示了分別含Nb，V，Ti鋼的效果。鈮阻止在軋制最後階段奧氏體的再結晶，促進了扁平晶粒的變形，從而導致非常細的鐵素體晶粒。

鈮的另一個重要影響是在中低碳鋼中降低轉變溫度促使貝氏體組織的形成，這一研究已經比較多了，如圖8所示。降低轉變溫度是由於在軋制過程中仍有一部分鈮留在固溶體中而沒有發生沉澱反應。這一效果在同時加入Nb和Mo或同時加入Nb和B時由於協同作用而加強，如圖所示。其中一個實際例子是X80管線鋼，鐵素體-低珠光體組織在得到韌性要求的同時卻達不到強度級別。

微合金化不僅僅對軋制產品有作用。V可以在熱處理級別鋼種提高強度，而鈮可以細化晶粒。如圖9所示，在正常熱處理之後，鈮明顯的細化了晶粒。

為了得到所希望的高水平性能，在煉鋼時很好的控制雜質含量如S、N、P等也是非常重要的，特別是對需要高韌性的板材產品。圖10表明了S是如何影響沖擊性能的。為了把S含量控制在低的水平，應用硫化物形狀控制（通常用鈣處理）對於避免生成對橫向韌性有損害的延長硫化鎂是非常重要的。

如圖11所示，氮對熱影響區的韌性的損害是非常大的，因此低氮是值得提倡的。這一損害可以用鈦固定游離的氮以降低其影響。氮化鈦在高溫時非常穩定，因此它可以阻止晶粒的增長。圖12顯示了鈦固氮處理提高熱影響區韌性的益處。然而用鈦需要很好的控制手段。加入到鋼中的鈦的量要以固定氮所需要的量為上限。如果多加了鈦將促使形成碳化鈦，這樣對熱影響區的韌性有損害，如圖13所示。氮對焊接金屬的韌性也是有影響的，如圖14。
板材產品的微合金化
板材產品方面的技術進展可以作如下描述：

50年代後期： Nb的引入
60年代： 控制軋制的試驗探索
70年代： 全面實行微合金化和控制軋制
80年代： 實行加速冷卻
90年代： 實行直接淬火
圖15表示的是微合金化元素Nb、V和Ti在不同的冷卻工藝下在板材中的強化效果，Nb的提高強韌性的效果尤為突出。
微合金化板材有著非常廣泛的應用，如管線鋼，造船鋼，海洋平台，民用建築（橋梁、高架橋，建築）以及其它領域。

如表1所示，管線鋼產品的發展，表明雖然碳的含量在不斷降低，但其強度卻在增加，這一原因前面已經說明。提高到X80級的產品已經進行商業生產，一些鋼鐵公司已經開發了X100級別。提高抗氫致裂紋需要更嚴格的煉鋼工藝並需要非常低的碳和硫含量，如表2所列的工業產品。

最後，表3對幾種管線鋼進行了總結，包括熱軋和爐卷產品。在表中我們可以注意到一些鋼中的含鈮量高於正常情況的含鈮量，在0.07~0.09%之間。這些鋼最近幾年在北美已經進行商業生產。高鈮含量可以把奧氏體再結晶延遲到更高的溫度（如圖7所示），這使控軋工藝更加寬松，如高的終軋溫度，這對有功率限制的鋼板軋機是有益的。而且，這些超低碳高Nb鋼具有非常好的韌性特性。

對於海洋平台和造船業來講，自70年代以來的趨勢是降低含碳量，特別是在高焊接工作量並需要提高焊接性能的情況下。表4顯示的是分別通過正常的熱處理和加速冷卻工藝生產的335MPa級的典型的化學成分。

在民用建築方面，圖16表明了在瑞典現代橋梁應用的高強度微合金化鋼。用高強度鋼，屈服強度460MPa級，熱機械工藝（TMCP）可以降低重量15，000t，降低費用2500萬美元。表5顯示的是50mm厚結構板材產品典型的化學成分，工藝分別為正常情況（N），控軋（TM），淬火和回火（QT），熱機械工藝（TMCP）和直接淬火（DQ）。最近幾年，安全防火變得越來越重要。如圖17所示，防火結構鋼已經發展起來，該鋼添加Nb和Mo以提高高溫強度。
汽車工業用熱軋和冷軋薄鋼板

在70年代初第一次石油危機之後，微合金化熱軋和冷軋薄鋼板在汽車工業獲得了廣泛應用。用高強度鋼代替低強度鋼過去是現在依然是降低汽車車重的有效方法，以節省燃料。安全方面的需要也激發了高強度鋼的應用。
熱軋薄鋼板

熱軋低合金高強度鋼（HSLA）薄鋼板主要用於卡車的底盤部分，也用於大客車的車輪，輪轂等部件。傳統的屈服強度水平在350MPa到550MPa之間，具有鐵素體加少量珠光體組織。表6列出了一些典型的化學成分。過去，這些鋼也用Ti作為主要微合金化元素來生產，尤其是在過去鋼的含硫水平比較高。加入鈦的另外一個主要作用是控制硫化物的形狀。但是由於其碳化物形成的動力學原因，軋制工藝十分復雜，大部分情況下是不允許的，以避免出現典型的最終產品性能大范圍的分散，圖18。在鐵素體-少量珠光體鋼中，當薄板的厚度方向需要使用兩種微合金化元素來獲得更高的強度時，Nb和V的結合將使性能分散范圍小些。以上考慮涉及到Ti的碳化物沉澱強化作用。如果只用來固定N，則Ti很有效。在含Nb鋼中，強度進一步提高，因為更多的Nb將使鑄造性能也得到改善。

最近，開發出690MPa級卡車大梁用鋼，它利用了在由熱帶軋機直接軋出的貝氏體鋼中所有的強化機理，圖19。表7列出了兩種歐洲產品的合金設計。

鐵素體-貝氏體鋼，含10~30%的貝氏體，用於車輪、輪轂和底盤，它比鐵素體-珠光體鋼具有更優越的凸緣壓邊延伸性能。與鐵素體-馬氏體——雙相鋼相反，當焊接的輪轂輪箍被拉伸時，使用這種鋼不會出現局部頸縮。如圖20所示，當合金設計、軋制參數——卷取溫度——得到控制從而第二相主要為貝氏體相時，就可達到強度和成型性的最優配合。
冷軋薄鋼板

傳統的微合金高強度冷軋薄板用鋼在汽車工業已使用了25年，但部分汽車零件不需要高的成型性。圖21顯示了罩式退火鋼板的典型化學成分。傳統的微合金鋼也可在連續退火線上生產，此時，對於給定的鋼種，可以獲得更高的強度。例如，如圖22所示的用於汽車側擋板的雙相鋼。
更復雜形狀的產品——汽車車體（integrated
panels）的開發以及傳統鋼達不到罩式退火同樣的成型性而引入連續退火生產薄鋼板，需要開發一種新的類型鋼，即無間隙鋼——超低碳IF鋼。

無間隙鋼添加Ti、Nb或Ti+Nb生成無間隙原子。尤其在鍍鋅產品中，TiNb無間隙鋼可獲得最優配合的機械性能以及更好的表面質量，如圖23、24、25、26、27、28所示。僅添加Ti的無間隙鋼易於產生表面缺陷。

匹茲堡大學的最新研究工作已經表明，當鈮在鐵素體晶界溶解時，它能起到重要的作用。晶界處溶解的鈮改善冷加工脆性，並能降低鍍鋅產品的粉化趨勢。
用於鍛造的微合金鋼

微合金化技術在鍛造汽車零件鋼中的應用允許除掉傳統的淬回火熱處理生產汽車零件，從而顯著節省生產成本。表8列出了一些在市場上出現的鋼種。

現已生產了僅含微合金元素V、僅含Nb以及Nb、V復合微合金鋼。研究表明，復合添加Nb和V對提高強度比單獨添加這兩種微合金元素中的任何一種更有效。Nb提高了V的析出潛能。

在這種產品上，最新成果包括有直接淬火（馬氏體）或空冷獲得的低碳馬氏體+貝氏體或貝氏體鋼，它們表現出韌性得到改善。表9給出了一個例子。
高強度緊固件與懸掛彈簧

傳統的冷鍛高強度緊固件用鋼為中碳鋼，由淬回火得到最終產品所需的性能。用低碳微合金鋼替代中碳鋼，不需要熱處理就能得到最終所需的機械性能，並且消除了在收線過程中的中間球化處理。表10給出了8.8級鋼（鐵素體—珠光體）與10.9級鋼（鐵素體—貝氏體）的化學成分。

懸掛彈簧是另一種使用微合金化技術而達到減重的產品。北美生產出熱處理後抗拉強度為2000MPa級、HRc為53-55的鋼。化學成分與機械性能在表11中列出。
滲碳鋼

在滲碳處理鋼中，尤其在溫鍛條件下，晶粒非正常長大較為普遍。這些鋼中加入鈮抑制晶粒非正常長大，這項技術已在日本使用多年，最近在北美也取得應用。微合金元素添加到這些鋼中而帶來的另一個好處是通過更高的加熱溫度而有可能減少滲碳時間。鈮的加入抑制晶粒長大，因而使在更高溫度滲碳成為可能。
結構用型鋼

在結構用型鋼技術上的最新主要進展是僅使用一種化學成分就可滿足幾種技術條件的含鈮結構型鋼/橫梁鋼已工業化。這種由Chaparral鋼鐵公司開發的「多級別」鋼，典型的成分僅含0.01-0.02%Nb（目標為0.015%），這足夠將ASTM
A36的屈服強度提高到345MPa以上而抗拉強度限制在550MPa以下，從而既能滿足ASTM A36又能滿足 ASTM
A572-50的技術條件。鈮是選擇性添加微量元素，因為為了滿足50級鋼的最低屈服強度要求，可能要多添加一些V，為0.02-0.03%（與0.015%Nb相比），這會提高結構型鋼的抗拉強度，使它接近或超過550MPa，而當滿足A572-50的技術要求時，又超過了A36所允許的要求。其它ASTM鋼的技術要求可由A572-42、A572-50、A529-42、A5290-50、A709-36與A709-50等多級別鋼滿足。
鋼筋

該產品用於大型混凝土結構以提高抗拉能力。大直徑高強度級別鋼筋添加了V和Nb。一些現代軋鋼廠採用水冷技術取代微合金化提高強度。圖29為V和Nb在焊接用鋼筋中的強化效果。
世界微合金化鋼的發展

世界微合金化鋼的發展可由Nb的總消耗量來描述，因為Nb是一種主要微合金化元素，並且75%的Nb用於微合金化鋼，見圖30。70年代Nb的消耗量急劇上升。當時控軋工藝在全世界范圍內被採用，同時汽車工業使用量也在增加。80年代是穩定期，但微合金化鋼產量繼續增加。Nb消耗量的穩定是因為鋼鐵廠效率的提高，如連鑄設備的安裝、加速冷卻，對給定量的最終產品，這可節省原材料。然而在Nb消耗量達到飽和點後，在90年代Nb的需求又顯著增加。這是受許多重要的鋼鐵公司產品結構調整的影響，他們的品種集中在附加值產品，包括微合金化鋼。圖31很好的顯示出在歐洲微合金化鋼增加情況。從圖中明顯看出，在該地區，與粗鋼相比，FeNb的消耗量顯著增加。在歐洲，每噸鋼中的FeNb為60g。

除了微合金鋼產量增加外，Nb使用領域也在增加。如圖32所示，在70年代中期，Nb主要用在管線鋼產品。為開發該產品中而發展起來的微合金化技術在隨後的時間里被應用在其他領域，如該圖所示的2000年情況。
結論
微合金化技術是一條生產高強度和其它所需性能的高質量產品的經濟有效途徑。
世界范圍內的微合金化鋼的產量不斷增加。新的鋼種已開發出來，並應用在許多領域，保持著鋼在材料領域的良好競爭能力。

❾ 合金滲碳鋼經過什麼步驟表面組織為高碳回火馬氏體

咨詢記錄 · 回答於2021-10-22

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19CrNi5為高合金滲碳鋼，滲碳淬火可選擇的工藝路線：滲碳緩冷+高溫回火+亞溫淬火。