钒在钢中的合金化作用及应用
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引言
钒是一种熔点高、密度低的稀有金属(钒是V族元素中更轻的金属，也是十种高熔点金属中更轻的金属)。钒钛磁铁矿大多存在钒。钒在地壳中的存在量很小(质量比为0.023%)
钒广泛应用于冶金、化工、原子能、航空航天、农业、医学等领域。但目前生产的钒多用于冶金行业，作为提高钢材性能的重要微合金元素和合金元素。在钢中加入钒可以提高钢的强度、韧性和塑性、工艺性能和使用性能。目前，钒广泛应用于高强度热轧带肋钢筋、高强度低合金钢、微合金非调质钢、弹簧钢、轴承钢、超高强度钢、模具钢、高速钢、马氏体耐热钢、不锈钢等钢种。
02
钒在钢中的行为及其主要作用
钒在钢中的行为
钒在化学元素周期表中的位置决定了其化学性质。化学元素周期表排名第四 周期、第VB族，其3d 层电子数为3，是强碳化物和氮化物的形成元素。钒具有体心立方结构，可在任何温度下固溶于钢中。钢含有一定量的碳和氮，以碳化物、氮化物或碳氮化物的形式在钢中沉淀。钒的固溶和沉淀会影响组织的演变和钢的各种性能。
在氮含量低的情况下，奥氏体中碳氮化钒的溶解度积远高
奥氏体中碳化钒和氮化钒的溶解度
钒在钢中的作用
钒在钢中的主要作用是：
(1)细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，降低过热敏感性，提高钢的强度和韧性。
(2)高温溶解奥氏体时，钢的淬透性会增加；相反，当碳化物存在时，钢的淬透性会降低。
(3)提高淬火钢的淬透性和回火稳定性，细化晶粒，产生二次硬化效果。
(4) 奥氏体中碳化钒和氮化钒的固溶度积较高。因此，在高温下不易产生沉淀引起的裂纹，在凝固过程中，钢坯裂纹的趋势较小。
(5) 碳氮化钒沉淀温度低，固溶于奥氏体，晶界迁移阻力低。这将有利于奥氏体再结晶，易于再结晶控轧，并沿钢截面组织均匀。在较宽的温度范围内，可较宽的温度范围内得到，更终轧制温度对机械性能影响不大。与其它微合金钢和合金钢相比，钒钢的轧制阻力较小，与碳锰钢相当。
(6) 沉淀在铁素体或马氏体中，产生沉淀强化作用，铁素体沉淀强化增量一般为50MPa～100MPa。提高钢中氮含量可促进钒沉淀，达到更大的沉淀强化效果。这是生产高强度热轧带肋钢筋的好技术，可节约钒的使用，增加沉淀强化。
(7) 钒与氮的结合力强，能形成氮化钒，有利于降低钢的应变时效，这一特性对于经历过冷变形的钢筋在使用过程中非常重要。
(8) 在马氏体钢中添加钒可以提高钢的抗回火软化性能，使钢在回火过程中保持马氏体板的形状，或在回火过程中沉淀碳化钒，产生二次硬化效果。
03
钒在钢铁工业中的应用
一方面，在钢中加入钒可以起到脱氧脱氮的作用，另一方面可以提高钢的性能，更终达到降低生产成本或使用钢材的目的。目前，钒主要用于生产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢、弹簧钢、轴承钢等。钒钢具有强度高、韧性好、耐磨性好、耐腐蚀性好的特点。广泛应用于机械制造、汽车、航空、铁路运输工具、桥梁等行业。
钒在高强度低合金钢中的应用
大多数钒用于生产高强度低合金钢。将钒添加到普通低合金钢中，可提高其正火后的强度、屈服比和低温韧性，提高钢的焊接性能，成为普通低合金钢的理想合金元素。钒合金化技术也可用于低温结构钢，以提高钢的强度和韧性。一般钒含量为0.04%～0.12%，个别达0.16%～0.25%。钒主要用于细化晶粒，提高合金结构钢的强度。由于钒在一般热处理条件下会降低钢的淬透性，因此通常与锰、铬、钼和钨一起使用。钒在合金结构钢中的含量一般为0.07%～0.30%，个别达0.40%～0.50%。
以高强度抗震钢筋为例，HRB400、HRB钒微合金化技术已广泛应用于500热轧带肋钢筋。微合金化技术生产的高强度钢筋具有良好的综合性能，其主要优点是： 屈服强度不小于4000MPa，抗拉强度不小于57 MPa；碳当量不大于0.50%焊接性能好，适用于各种焊接方法；强屈比(抗拉强度与屈服强度的比例)不小于1.25、强度与塑性配合良好，弯曲性能好；高应变低周疲劳性能，低应变时效敏感性和脆性转变温度，抗震性能好。
钒在合金工模具钢中的应用
钒作为合金元素的主要应用领域是合金模具钢。
钒在合金工模具钢中的应用
钒作为合金元素的主要应用领域是合金模具钢。
钒在合金工模具钢中的应用
钒是合金模具钢作为合金元素的主要应用领域之一。钒不仅细化了晶粒，降低了过热敏感性，而且提高了回火的稳定性和耐磨性，从而延长了工模的使用寿命。常用的热作模具钢(H13)冷作模具钢(D2)钒是主要的二次硬化元素。钒在工模钢中的含量通常为0。波动1%~5%以内；但也有钒含量高的工模钢，如美国开发的A11冷工具钢的钒含量达到9.75%。钒是高速工具钢中不可缺少的合金元素之一。高速工具钢一直是钒的主要消费钢。钒能防止钨高速工具钢中晶粒的生长，提高钢的红硬度和切削能力，提高耐磨性，更终延长高速工具的使用寿命。
在德国，钒在工具钢和高速钢中的消耗占钒总消耗量的1/3 左右。钒模具钢占我国合金模具钢(包括冷作、热作、塑料模具钢)产品产量的55%。我国高速工具钢标准（GB/T9943-2008）中，所有19 所有钢号均含钒，钒的质量分数一般为1%~少数特殊要求的高速钢中钒质量分数为3%。
在中国**标准中，合金工模具钢和高速钢对V质量分数的要求/%
钒在耐热钢中的应用
钒能在耐热钢中形成高度分散的碳化物和氮化物颗粒，在高温下聚合生长缓慢，从而提高耐热钢的热强度和抗蠕变性。
碳氮化钒的高温沉淀显著提高了钢的高温持久强度。因此，钒广泛应用于电站耐热钢领域。V在大多数耐热钢合金系统中添加元素，其添加量(质量分数)一般为0.15％～0.40％。
典型的耐热钢合金成分系统(质量分数)
钒在不锈钢中的应用
钒也广泛应用于不锈钢中。不锈钢钒含量一般为0.1% ～1.5% 之间；其中UNS S42700Cr-Mo-V 马氏体不锈钢轴承钢含有1.10%～1.30%的V，UNS S42800 Cr-Mo-V 马氏体不锈钢轴承钢含有0.90%～1.15%的V，90马氏体不锈钢Cr18MoV中含有0. 07%～0.12%的V。
钒在弹簧钢中的应用
钒可以提高弹簧钢的抗弹性，降低性能，提高弹簧钢的强度和屈服比，特别是比例极限和弹性极限，降低钢在热处理过程中的脱碳敏感性，提高钢的冶金和表面质量。50铬0铬和钒CrVA 弹簧钢是典型的优质弹簧钢品种，钒含量为0.10%～0.25%。30W4Cr2VA 钢中含0.50%~0.制造温度为500%的钒℃耐热弹簧。
35SiMnB(a)和35SiMnVB(b)弹簧钢等温转换曲线
钒在轴承钢中的应用
含铬轴承钢自上个世纪以来一直用于世界各国。我国独创的GSiMnV、GSiMnMoV、GMn-MoVR含钒轴承钢，含0.15%～0.30%钒。这些钒轴承钢具有较大的碳化物弥散性和良好的使用性能，使用寿命超过铬轴承钢。但这些钢脱碳倾向严重，加工性能差，需要改进。
钒在耐腐蚀合金中的应用
钒在Hastelloy 耐腐蚀合金在一定程度上得到了应用，Hastelloy B合金含≤0.60%V，Hastelloy C、HastelloyC22、Hastelloy c276 合金含≤0.35%V，Hastelloy N 合金含≤0.50% V，Hastelloy W 合金含≤0.60%V。
因为钒有一种促进生成的方法σ因此，在现代镍基高温合金中，除现代镍基高温合金外，合金的强度或稳定性也有很小的提高或不提高A286 合金含有（0.10～0.50）%V，IN100、IN731 合金含有1% 钒，ЭП220 合金含有0.5%～0.8%V另外，一般没有应用。
04
钒在钢中的应用形式和添加方法
在碳工具钢中加入不超过0.除05%外，钒很少作为单一合金元素加入钢中。
04钒在钢中的应用形式和添加方法在碳工具钢中加入不超过0.除05%外，钒很少作为单一合金元素加入钢中。04钒在钢中的应用形式和添加方法在碳工具钢中加入不超过0.除05%外，钒很少作为单一合金元素加入钢中。它总是与锰、铬、钨、钼等合金元素一起使用。大大多以钒铁的形式加入钢中。由攀钢生产的钒氮合金VN12、VN16 与钒铁合金可采用与钒铁合金相同的加入方法，无需采取特殊措施。对于转炉炼钢工艺，如果不进行真空处理，通常是钢的1/3 将钒氮合金直接加入钢包中，出钢后吹氩搅拌，保证钒氮合金充分熔化，成分均匀；如需真空处理，将钒氮合金加入钢包中。钒氮的收获率一般可分别保持在90%和60%以上。在滚珠钢中，氮化物对其疲劳寿命危害很大，5μm氮化物对疲劳寿命的危害相当于20μm除非氮能细化到1，否则氧化物的危害通常不适合在钒氮合金中添加钒μm以下。研究表明，当氮化物尺寸细化到1时μm氮化物不况下，氮化物不，反而能起到细化晶粒、弥散强化的作用。来源：林易通推荐：轧机轴承号：DMD_bearing原文链接:优钢网 » 钒在钢中的合金化作用及应用
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