[发明专利]控制细化VN析出相尺寸及数量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钒(V)、氮(N)元素合金钢中VN析出相控制的方法，特别涉及一种控制细化VN析出相尺寸及数量的方法，属于钢铁生产技术领域。

背景技术

V是强化铁素体和γ相区形成元素之一，它与C、N、O都有极强的亲和力，与之形成相应的稳定的化合物(如V₄C₃、VN、V₂O₃等)。V在钢中主要细化钢的组织和晶粒，降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。其次，V在高温溶入奥氏体时能增加钢的淬透性，相反，以碳化物形态存在时，降低钢的淬透性。另外，V的化合物在高温极稳定，提高了钢的耐磨性。

N随炉料进入钢水或冶炼过程被钢水吸入，在现有条件下，不能完全去除，以前均认为是一种有害杂质元素。一般情况下，电炉冶炼的钢液N含量稍高。但N能扩大γ相区，形成和稳定奥氏体组织。N固溶于铁形成间隙式固溶体，在奥氏体中溶解度较大，并随温度升高而降低；N在α铁素体中的溶解度在布氏体共析转变温度590℃时最大，为0.10％，随温度降低其溶解度急剧降低，如在100℃时仅0.001％。

N在钢中起固溶强化和时效沉淀析出强化作用，与钢中Al、Ti、V、Nb及Fe等元素形成稳定化合物，这些化合物在钢坯加热时回溶于奥氏体中，并在轧制时及轧后再次从钢中析出，这些析出相随温度降低，颗粒直径尺寸减小、析出数量呈各种不同的波浪曲线，即在各自不同的温度段均有最大析出数量，控制析出相成分、析出温度可以得到最多细小弥散析出物颗粒。目前，向钢中添加N元素的工艺为在精炼中后期，向钢中加入含N合金，如AlN、TiN、CrN、MnSiN等合金，该方法制备的工艺钢中N含量控制准确；但生产成本较高。

众所周知，钢中还不可避免的存在C、O等元素，这些元素在钢中也与Al、Ti、V、Nb等形成稳定化合物，如Al₂O₃、TiO₂、V₂O₅、TiC、V₄C₃、NbC、Ti(CN)、V(CN)、Nb(CN)等，随后在轧制时及轧后析出，但这些颗粒尺寸及数量与VN析出相不同，对钢的力学性能、组织结构、热处理稳定性等均有很大影响。本发明方法就是抑制钢中其它析出物种类、数量、颗粒尺寸，而使VN析出相数量最多、颗粒尺寸集中、弥散均有分布。

针对钢中VN析出相，已有许多专利、文章介绍，如：“含VN、TiN粉体高铬铸铁、该铸铁制备方法和耐磨件”(专利号：201110137773)、“一种屈服强度≥400MPa级的VN钢筋的生产方法”(专利号：201110151235)、“P92耐热钢δ-铁素体内的析出相”(《钢铁钒钛》2000年03期，石如星等)、“氮含量和TMCP对微合金V-N钢显微组织和力学性能的影响”(《热处理学报》2008年03期，尹桂全等)等均从不同方面介绍VN析出相的作用、颗粒尺寸及析出温度。

专利“含VN、TiN粉体高铬铸铁、该铸铁制备方法和耐磨件”是说明：VN粉体可作为高铬铸铁金属液基体和碳化物凝固的形核核心，可提高铸件的耐磨性，VN粉体纳米颗粒起到了强化作用。

专利“一种屈服强度≥400MPa级的VN钢筋的生产方法”是说明：采用其方法，使VN16合金回收率提高，VN钢筋的力学性能稳定且降低生产成本。

文章“P92耐热钢δ-铁素体内的析出相”介绍了：超临界锅炉P92钢在不同时效状态下δ-铁素体内包含两种析出相，分别为VN与Laves相，VN呈短棒状，尺寸20～70nm，较为稳定，Laves相平均等效直径在600℃下随时间的增加则有较大改变。

文章“氮含量和TMCP对微合金V-N钢显微组织和力学性能的影响”介绍了：15MnVN钢工字梁大线能量弧焊时，在焊态或SR态下，由于焊缝冷速大，或因重复加热温度不够高，V、N均不能以非共格形式析出。V的共格析出是使焊缝强度过高和韧性偏低的重要原因。

但以上专利、文章仅是记载了VN析出相尺寸、形状及对钢的力学性能的影响，而未记载如何通过工艺条件来控制钢中VN相析出的数量、颗粒直径范围，以得到所需的对钢的各种性能最佳匹配的VN相尺寸及数量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制细化VN析出相尺寸及数量的方法，该方法通过设计钢中V、N元素含量，控制钢材轧制和轧后在某一特定温度范围延时保温，使钢中VN析出相颗粒直径集中、数量比例最佳。