影响钢中铌的碳氮化物固溶的因素分析.pdf

D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.00I 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 影响钢中铌的碳氮化物固溶的因素分析汪春雷)李京社)赵和明) 陈永峰) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)南昌钢铁有限责任公司，南昌330012 3)新余钢铁集团公司，新余338001 摘要铌的析出和固溶对铸坯质量好坏和钢材性能优异具有非常明显的影响，通过计算钢中碳含量，氨含量、锟含量和温度对碳氨化铌固溶的影响，发现钢中碳、氨、铌含量增加，碳氨化铌的全固溶温度升高：氨含量增加，NbN的有效活度增加，固溶铌含量下降：铌含量增加，在温度为800~1100℃范围内，氨化锟的含量增加：碳含量增加，钢中固溶铌降低和铌的化合物增加·随温度升高，固溶铌与总铌含量的比值增加，二者比值位于30%~70%之间. 关键词碳氨化物：固溶；铌：析出 Influence factors on solid-solution of carbonitride of niobium in steel WANG Chun-lei LI Jing she.ZHAO He-ming,CHEN Yong-feng) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University and Science Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Nanchang Iron &Steel Co.Ltd..Nanchang 330012.China 3)Xinyu Iron &Steel Co..Xinyu 338001,China ABSTRACI Effect of precipitation and solid-solution on slabs quality and product s mechanical properties is very important.Based on studying effect of carbon content,nitride content,niobium content and temperature on solid-solution of carbonitride,the following laws were obtained.Firstly,solid-solution temperature will rise when content of carbon,nitride and niobium increases.Secondly,ef- fective activity of NbN goes upwards with increases of content of nitride,and amount of solid-solution of niobium reduces.Quantity of NbN rises with increase of content of niobium from 800C to 1100C.The same laws can also be used for effect of carbon content. Niobium ratio between solid-solution amount and total content rises with increase of temperature,the ratio value lies from 30%to 70%. KEY WORDS carbonitride:solid-solution:niobium:precipitatio 铌在钢中具有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体 1铌在钢中的固溶再结晶及产生显著的沉淀效果等作用，因而在钢中获得了广泛的应用，铌是低合金高强度钢中十分重铌在钢中的存在形态主要有：固溶于铁基体中要的微合金元素，铌的析出和固溶对铸坯质量好坏或形成碳氨化铌第二相，铌的加入使铁的A4点下和钢材性能优异具有非常明显的影响，生产工艺的降，A3点上升，但由于拉氏相NbFe2(由于缺位或其制订和执行应在充分理解微合金元素在钢中析出和他原因而使之化学成分接近于Fe3Nb2,文献中常写固溶规律的基础上，充分发挥控轧控冷的作用，确保为Fe3Nbz)的出现和限制，在铁铌平衡相图中没有最大程度地发挥微合金元素的效果，故研究影响铌形成封闭的Y相圈.由铁铌平衡相图可知，铌在Y 的碳氮化物在钢中固溶的因素具有重要的实际铁中的最大溶解度约为2%（质量分数），铌在α铁意义，中的最大溶解度约为1.8%山. 收稿日期：2009-06-30 基金项目：北京市教有委员会共建项目专项资助作者简介：汪春雷(1963一)，男，高级工程师，博士，Email:jxxywel@yahoo:com,cn

影响钢中铌的碳氮化物固溶的因素分析汪春雷12）李京社1）赵和明3）陈永峰1） 1）北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2）南昌钢铁有限责任公司南昌330012 3）新余钢铁集团公司新余338001 摘要铌的析出和固溶对铸坯质量好坏和钢材性能优异具有非常明显的影响通过计算钢中碳含量、氮含量、铌含量和温度对碳氮化铌固溶的影响发现钢中碳、氮、铌含量增加碳氮化铌的全固溶温度升高；氮含量增加NbN 的有效活度增加固溶铌含量下降；铌含量增加在温度为800～1100℃范围内氮化铌的含量增加；碳含量增加钢中固溶铌降低和铌的化合物增加．随温度升高固溶铌与总铌含量的比值增加二者比值位于30％～70％之间．关键词碳氮化物；固溶；铌；析出 Influence factors on solid-solution of carbonitride of niobium in steel W A NG Chun-lei 12）LI Jing-she 1）ZHA O He-ming 3）CHEN Yong-feng 1） 1） Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity and Science Technology BeijingBeijing100083China 2） Nanchang Iron ＆ Steel Co．Ltd．Nanchang330012China 3） Xinyu Iron ＆ Steel Co．Xinyu338001China ABSTRACT Effect of precipitation and solid-solution on slab’s quality and product’s mechanical properties is very important．Based on studying effect of carbon contentnitride contentniobium content and temperature on solid-solution of carbonitridethe following laws were obtained．Firstlysolid-solution temperature will rise when content of carbonnitride and niobium increases．Secondlyeffective activity of NbN goes upwards with increases of content of nitrideand amount of solid-solution of niobium reduces．Quantity of NbN rises with increase of content of niobium from 800℃ to1100℃．T he same laws can also be used for effect of carbon content． Niobium ratio between solid－solution amount and total content rises with increase of temperaturethe ratio value lies from 30％ to 70％． KEY WORDS carbonitride；solid-solution；niobium；precipitatio 收稿日期：2009-06-30 基金项目：北京市教育委员会共建项目专项资助作者简介：汪春雷（1963－）男高级工程师博士E-mail：jxxywcl＠yahoo．com．cn 铌在钢中具有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体再结晶及产生显著的沉淀效果等作用因而在钢中获得了广泛的应用．铌是低合金高强度钢中十分重要的微合金元素铌的析出和固溶对铸坯质量好坏和钢材性能优异具有非常明显的影响．生产工艺的制订和执行应在充分理解微合金元素在钢中析出和固溶规律的基础上充分发挥控轧控冷的作用确保最大程度地发挥微合金元素的效果．故研究影响铌的碳氮化物在钢中固溶的因素具有重要的实际意义． 1 铌在钢中的固溶铌在钢中的存在形态主要有：固溶于铁基体中或形成碳氮化铌第二相．铌的加入使铁的 A4 点下降A3 点上升但由于拉氏相 NbFe2（由于缺位或其他原因而使之化学成分接近于 Fe3Nb2文献中常写为Fe3Nb2）的出现和限制在铁铌平衡相图中没有形成封闭的γ相圈．由铁铌平衡相图可知铌在γ 铁中的最大溶解度约为2％（质量分数）铌在α铁中的最大溶解度约为1∙8％［1］．第31卷增刊1 2009年 12月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．001

Vol.31 Suppl.1 汪春雷等：影响钢中铌的碳氨化物固溶的因素分析 195. Sparke利用放射性元素示踪法测得Nb在Y铁 NbC:N1-x=[Nb]+x[C]+(1-x)[N](5) 中的扩散系数为☑：其反应平衡常数写为： D=530exp -82300 RT」 ,(cm2/s), K-LNbH-[C]--LN]=[Nb]-[C].[N]- NbCxN1-: T=1160~1290K (1) (6) 至于铌在α铁中的扩散系数，现在尚未见到较该反应可看作是由如下几个反应组成：为准确的测定数据，Gray等曾用式(2)估算铌在铁 NbCN1-=x[NbC]+(1-x)[NbN](7) 素体中的扩散系数) x[NbC]=x[C]+x[Nb] (8) D=400exp -70000 BT了 ,(cm2/s) (2) (1-x)[NbN]=(1-x)[Nb]+(1-x)[N](9) 铌是相当强烈的碳氮化物形成元素，在大部分 K2=[NbC]-[NbN]1-* NbCxN1-x 含铌钢中，铌主要以碳氨化物的形式存在而发挥 [NbC]'.[NbN]-x=x.(1-x)x(10) 作用，碳、氮原子半径与铌原子半径的比值分别为约 K3=[C]-[Nb]-[C][Nb]- (11) NbC* 0.53和0.49（均小于0.59），因此铌的碳化物和氨化物均为简单点阵结构的间隙相，钢中通常存在的 K4=[Nh上=[C-b NbC* (1-x)1 碳化铌和氨化铌为NaCl型面心立方结构的间隙 (12) 相，其中的间隙原子（特别是碳原子）常会发生一定其中式(1O)实际上为NbC和NbN互溶形成混程度的缺位，使其化学组成式中碳或氮的系数成为合相NbC:N1-x的混合熵，设NbC的有效活度为小于1的小数，如碳化铌的化学组成式可从 x,则NbN的有效活度为1一x,反应式(7)十(8)+ NbC0.686变化到NbC.根据大量的实验结果可知，在 (9)=(10) 低合金高强度钢中存在的碳化铌的化学组成式主要 Hudd等[认为可令NbC和NbN二元相的固为NbCo.87至NbC0.877,而氨化铌则因氨原子缺位甚溶度积公式仍可分别应用于NbCxN1-x相中，即：少，故通常仍将其认为是完整的NbN.在铁素体中 K3=(KNC)*= [%Nb][%c]* 沉淀析出的微细碳化铌中的碳原子将发生有序的缺 (13) 位，而由其有序化规律可推知其化学组成式应为 [6Nb][%N]1-￥ (14) NbCo.87s[1]. K4=(KbN)1- 1-x 钢中存在的碳化铌和氨化铌在整个固态范围内碳、氨和铌元素在钢中的含量分别为%C、%N 均可完全互溶而形成碳氨化铌·氨化物、碳化物在和%Nb,则处于固溶态的碳、氨和铌元素的含量必钢液降温过程中溶解度不断降低，当析出物生成元须符合固溶度积公式，处于NbCxN1-x相中的碳、氮素的实际溶度积超过平衡溶度积时发生析出反应，和铌元素的含量必须保持理想化学配比，可得： 2析出物的理论计算推导与[h12c1-3.42-790/7 (15) 暂不考虑碳化铌中碳原子缺位的问题，则钢中 g[6b16=2.8-850/7 1一x (16) 出现的碳氨化铌的化学式可写为NbCxN1-x,其中 x为碳氮化铌的组成中易溶相NbC的摩尔分数，显 %Nh-[6Nh]=Ah=92.9064 %C-[%C]xAc12.011x (17) 然0≤x≤1[3] %Nb-[%Nb]A Nh 92.9064 通常采用的二元相NbC和NbN在奥氏体中的 6N-[%N](1-x)AN14.0067(1-x) 固溶积公式为山： (18) 1g([6C][%Nb])=3.42-7900 T (3) 式中A、AN和Ac分别为铌、氨和碳的原子量，联立求解(15)~(18)即可获得温度T时钢中碳、氨 1g[%N][%Nb]=2.8-8500 T (4) 和铌元素在基体中的平衡固溶量以及平衡时存在的式中[%N]、[%Nb]、[%C]分别为C、N、Nb元素在 NbC,N1-x·当钢的化学成分和温度发生改变时，x 奥氏体中的固溶量（质量百分数）值随之变化，即NbC:N1-x相的化学式并非不变，而考虑如下反应：是在很大范围内发生变化

Sparke 利用放射性元素示踪法测得 Nb 在γ铁中的扩散系数为［2］： D＝530exp －82300 RT （cm 2／s） T＝1160～1290K （1）至于铌在α铁中的扩散系数现在尚未见到较为准确的测定数据Gray 等曾用式（2）估算铌在铁素体中的扩散系数［2］： D＝400exp －70000 RT （cm 2／s）（2）铌是相当强烈的碳氮化物形成元素在大部分含铌钢中铌主要以碳氮化物的形式存在而发挥作用．碳、氮原子半径与铌原子半径的比值分别为约 0∙53和0∙49（均小于0∙59）因此铌的碳化物和氮化物均为简单点阵结构的间隙相．钢中通常存在的碳化铌和氮化铌为 NaCl 型面心立方结构的间隙相其中的间隙原子（特别是碳原子）常会发生一定程度的缺位使其化学组成式中碳或氮的系数成为小于 1 的小数如碳化铌的化学组成式可从 NbC0∙686变化到 NbC．根据大量的实验结果可知在低合金高强度钢中存在的碳化铌的化学组成式主要为 NbC0∙87至 NbC0∙877而氮化铌则因氮原子缺位甚少故通常仍将其认为是完整的 NbN．在铁素体中沉淀析出的微细碳化铌中的碳原子将发生有序的缺位而由其有序化规律可推知其化学组成式应为 NbC0∙875 ［1］．钢中存在的碳化铌和氮化铌在整个固态范围内均可完全互溶而形成碳氮化铌．氮化物、碳化物在钢液降温过程中溶解度不断降低当析出物生成元素的实际溶度积超过平衡溶度积时发生析出反应． 2 析出物的理论计算推导暂不考虑碳化铌中碳原子缺位的问题则钢中出现的碳氮化铌的化学式可写为 NbC xN1－ x其中 x 为碳氮化铌的组成中易溶相 NbC 的摩尔分数显然0≤ x≤1［3］．通常采用的二元相 NbC 和 NbN 在奥氏体中的固溶积公式为［1］： lg（［％C］［％Nb］）＝3∙42－ 7900 T （3） lg［％N］［％Nb］＝2∙8－ 8500 T （4）式中［％N］、［％Nb］、［％C］分别为 C、N、Nb 元素在奥氏体中的固溶量（质量百分数）．考虑如下反应： NbC xN1－ x＝［Nb］＋ x ［C］＋（1－ x）［N］（5）其反应平衡常数写为： K1＝［Nb］·［C］ x·［N］ 1－ x NbC xN1－ x ＝［Nb］·［C］ x·［N］ 1－ x （6）该反应可看作是由如下几个反应组成： NbC xN1－ x＝ x ［NbC］＋（1－ x）［NbN］（7） x ［NbC］＝ x ［C］＋ x ［Nb］（8）（1－ x）［NbN］＝（1－ x）［Nb］＋（1－ x）［N］（9） K2＝［NbC］ x·［NbN］ 1－ x NbC xN1－ x ＝［NbC］ x·［NbN］ 1－ x＝ x x·（1－ x） x （10） K3＝［C］ x·［Nb］ 1－ x NbC x ＝［C］ x·［Nb］ 1－ x x x （11） K4＝［N］ 1－ x·［Nb］ 1－ x NbC 1－ x ＝［C］ 1－ x·［Nb］ 1－ x （1－ x） 1－ x （12）其中式（10）实际上为 NbC 和 NbN 互溶形成混合相 NbC xN1－ x 的混合熵设 NbC 的有效活度为 x则 NbN 的有效活度为1－ x．反应式（7）＋（8）＋（9）＝（10）． Hudd 等［4］认为可令 NbC 和 NbN 二元相的固溶度积公式仍可分别应用于 NbC xN1－ x相中即： K3＝（ K NbC） x＝［％Nb］［％C］ x x （13） K4＝（ K NbN） 1－ x＝［％Nb］［％N］ 1－ x 1－ x （14）碳、氮和铌元素在钢中的含量分别为％C、％N 和％Nb则处于固溶态的碳、氮和铌元素的含量必须符合固溶度积公式处于 NbC xN1－ x相中的碳、氮和铌元素的含量必须保持理想化学配比可得： lg ［％Nb］［％C］ x ＝3∙42－7900／T （15） lg ［％Nb］［％N］ 1－ x ＝2∙8－8500／T （16）％Nb－［％Nb］％C－［％C］＝ A Nb xA C ＝ 92∙9064 12∙011x （17）％Nb－［％Nb］％N－［％N］＝ A Nb （1－ x） A N ＝ 92∙9064 14∙0067（1－ x）（18）式中 A Nb、A N 和 A C 分别为铌、氮和碳的原子量．联立求解（15）～（18）即可获得温度 T 时钢中碳、氮和铌元素在基体中的平衡固溶量以及平衡时存在的 NbC xN1－ x．当钢的化学成分和温度发生改变时x 值随之变化即 NbC xN1－ x相的化学式并非不变而是在很大范围内发生变化． Vol．31Suppl．1 汪春雷等：影响钢中铌的碳氮化物固溶的因素分析 ·195·

,196 北京科技大学学报 2009年增刊1 当%C=[%C]、%N=[%N]、%Nb=[%Nb] 出部分数据，时，NbC.N1-.相将全部固溶，由式(15)和式(16) 表2元素的平衡固溶量和相对应的系数可得：温度/系数 %Nb.%C %Nb-N-1 NbC:NI-/ 钢成分 [%Nb][%c][%N] 103.42-7907Ts102.8=8507T8 (19) ℃ x % 8000.58790.00060.11810.00550.0278 根据式(I9)可计算出NbCxN1-x相的全固溶温 8500.59830.00120.11820.00560.0271 度TAs·当温度为TAs时，NbC:N1-x相中的x可由 0.12%c- 9000.60660.00250.11820.00570.0256 下式计算： 0.007%N- 9500.61220.00470.11840.00580.0231 ts=2S=1- 103.42-790076 %Nb(20) 102.8-8500/TAs 0.025%Nb10000.61430.00850.11870.00600.0188 10500.61190.01440.11920.00640.0121 3计算结果和与分析讨论 10820.60740.01970.11960.00670.0060 8000.66760.00050.16750.00550.0336 利用Newton迭代法解非线性方程组(15~ 8500.67750.00100.16750.00560.0330 l8).设方程组为F(x)=0,构造Newton迭代法的 9000.68570.00200.16750.00570.0318 迭代公式为： 0.17%C- x4+1=x-(F'(x)-1F(x) 9500.69210.0038.0.16770.00580.0298 (21) 0.007%N- 10000.69620.00680.16790.00590.0264 写成一般不动点迭代x+1=9(x)的形式，如 0.03%Nb 10500.69750.01160.16830.00620.0209 下所示： 11000.69520.01910.16900.00650.0124 P(x)=x-(F'(x)-F(x) (22) 11280.69200.02470.16950.00680.0060 先解线性方程组： 8000.61990.00060.11680.00470.0449 F'(x)△x=-F(x) (23) 解出△x后，令x+1=x十△x,如果△的 8500.62880.00130.11690.00480.0441 值已经足够小，则求得的x十1即为非线性方程组 0.12%C- 9000.63580.00260.11690.00490.0426 0.007%N- 9500.64020.00500.11710.00510.0398 的解 0.04%Nb 10000.64140.00890.11740.00530.0354 对碳含量分别为0.12%，氨含量分别为 0.003%,0.005%、0.007%、0.009%,铌含量分别为 10500.63810.01520.11800.00560.0282 0.02%、0.025%、0.030%、0.040%系列铌合金钢， 10650.63610.01760.11820.00580.0255 在750℃至碳氨化铌的全固溶温度范围内的平衡固根据计算结果，选择部分数据进行绘图，以便直溶量[%C]、[%N]、[%Nb]、系数x进行计算.碳观显示铌钢中各元素的相互作用、固溶铌含量和氨氮化铌的全固溶温度见表1，各元素的平衡固溶量化铌含量的变化.由图1和图2可知，当钢中碳含和相对应的系数x见表2，由于篇幅所限，表中仅列量为0.12%，铌含量为0.02%和0.03%时，随着钢表1碳氮化铌的全固溶温度中氮含量的增加，NbC的有效活度下降，则NbN的化学成分全固溶温度/℃ 有效活度增加，固溶铌含量下降，形成的铌化合物数 0.12%C0.003%N0.02%Nb 1059.7 量增加 0.12%C0.005%N-0.02%Nb 1073.3 图3为0.12%C-0.007%N钢中固溶铌和 0.12%C0.007%N-0.02%Nb 1085.2 0.12%C-0.003%N-0.025%Nb 1081.5 NbN含量随温度和钢中铌含量的变化规律，由图可 0.12%C0.005%N0.025%Nb 1095.3 知，当钢中碳和氨含量固定不变时，加入铌的含量从 0.12%C-0.007%N-0.025%Nb 1107.5 0.02%增加到0.04%，在800~1100℃范围内，平 0.12%C-0.003%N-0.03%Nb 1099.8 衡固溶铌的含量差别不大，碳氮化铌的含量增加 0.12%C0.005%N0.03%Nh 1113.9 图4为0.03%Nb0.007%N钢中固溶铌和碳 0.12%C-0.007%N-0.03%Nh 1126.3 氨化铌含量随温度和钢中碳含量的变化规律.随着 0.12%C-0.009%N0.04%Nb 1168.6 钢中碳含量从0.12%增加到0.17%，在800~ 0.17%C-0.007%N-0.03%Nb 1150.4 1150℃范围内，钢中固溶铌降低，铌的化合物增加

当％C＝［％C ］、％N＝［％N ］、％Nb＝［％Nb ］时NbC xN1－ x 相将全部固溶由式（15）和式（16）可得：％Nb·％C 10 3∙42－7900／T AS＋％Nb·％N 10 2∙8－8500／T AS＝1 （19）根据式（19）可计算出 NbC xN1－ x相的全固溶温度 T AS．当温度为 T AS时NbC xN1－ x相中的 x 可由下式计算： xAS＝％Nb·％C 10 3∙42－7900／T AS＝1－％Nb·％N 10 2∙8－8500／T AS （20） 3 计算结果和与分析讨论利用 Newton 迭代法解非线性方程组（15～ 18）．设方程组为 F（ x）＝0构造 Newton 迭代法的迭代公式为： x k＋1＝ x k－（F′（ x））－1F（ x k ）（21）写成一般不动点迭代 x k＋1＝φ（ x k ）的形式如下所示： φ（ x）＝ x－（F′（ x））－1F（ x k ）（22）先解线性方程组： F′（ x k ）Δx k＝－F（ x k ）（23）解出Δx k 后令 x k＋1＝ x k＋Δx k如果Δx k 的值已经足够小则求得的 x k＋1即为非线性方程组的解．对碳含量分别为 0∙12％氮含量分别为 0∙003％、0∙005％、0∙007％、0∙009％铌含量分别为 0∙02％、0∙025％、0∙030％、0∙040％系列铌合金钢在750℃至碳氮化铌的全固溶温度范围内的平衡固溶量［％C］、［％N ］、［％Nb ］、系数 x 进行计算．碳氮化铌的全固溶温度见表1各元素的平衡固溶量和相对应的系数 x 见表2由于篇幅所限表中仅列表1 碳氮化铌的全固溶温度化学成分全固溶温度／℃ 0∙12％C－0∙003％N－0∙02％Nb 1059∙7 0∙12％C－0∙005％N－0∙02％Nb 1073∙3 0∙12％C－0∙007％N－0∙02％Nb 1085∙2 0∙12％C－0∙003％N－0∙025％Nb 1081∙5 0∙12％C－0∙005％N－0∙025％Nb 1095∙3 0∙12％C－0∙007％N－0∙025％Nb 1107∙5 0∙12％C－0∙003％N－0∙03％Nb 1099∙8 0∙12％C－0∙005％N－0∙03％Nb 1113∙9 0∙12％C－0∙007％N－0∙03％Nb 1126∙3 0∙12％C－0∙009％N－0∙04％Nb 1168∙6 0∙17％C－0∙007％N－0∙03％Nb 1150∙4 出部分数据．表2 元素的平衡固溶量和相对应的系数钢成分温度／ ℃ 系数 x ［％Nb］［％C ］［％N］ NbC xN1－ x／％ 0∙12％C－ 0∙007％N－ 0∙025％Nb 800 0∙58790∙00060∙11810∙0055 0∙0278 850 0∙59830∙00120∙11820∙0056 0∙0271 900 0∙60660∙00250∙11820∙0057 0∙0256 950 0∙61220∙00470∙11840∙0058 0∙0231 1000 0∙61430∙00850∙11870∙0060 0∙0188 1050 0∙61190∙01440∙11920∙0064 0∙0121 1082 0∙60740∙01970∙11960∙0067 0∙0060 0∙17％C－ 0∙007％N－ 0∙03％Nb 800 0∙66760∙00050∙16750∙0055 0∙0336 850 0∙67750∙00100∙16750∙0056 0∙0330 900 0∙68570∙00200∙16750∙0057 0∙0318 950 0∙69210∙00380∙16770∙0058 0∙0298 1000 0∙69620∙00680∙16790∙0059 0∙0264 1050 0∙69750∙01160∙16830∙0062 0∙0209 1100 0∙69520∙01910∙16900∙0065 0∙0124 1128 0∙69200∙02470∙16950∙0068 0∙0060 0∙12％C－ 0∙007％N－ 0∙04％Nb 800 0∙61990∙00060∙11680∙0047 0∙0449 850 0∙62880∙00130∙11690∙0048 0∙0441 900 0∙63580∙00260∙11690∙0049 0∙0426 950 0∙64020∙00500∙11710∙0051 0∙0398 1000 0∙64140∙00890∙11740∙0053 0∙0354 1050 0∙63810∙01520∙11800∙0056 0∙0282 1065 0∙63610∙01760∙11820∙0058 0∙0255 根据计算结果选择部分数据进行绘图以便直观显示铌钢中各元素的相互作用、固溶铌含量和氮化铌含量的变化．由图1和图2可知当钢中碳含量为0∙12％铌含量为0∙02％和0∙03％时随着钢中氮含量的增加NbC 的有效活度下降则 NbN 的有效活度增加固溶铌含量下降形成的铌化合物数量增加．图3 为 0∙12％C－0∙007％ N 钢中固溶铌和 NbN 含量随温度和钢中铌含量的变化规律由图可知当钢中碳和氮含量固定不变时加入铌的含量从 0∙02％增加到0∙04％在800～1100℃范围内平衡固溶铌的含量差别不大碳氮化铌的含量增加．图4为0∙03％Nb－0∙007％N 钢中固溶铌和碳氮化铌含量随温度和钢中碳含量的变化规律．随着钢中碳含量从 0∙12％增加到 0∙17％在800～ 1150℃范围内钢中固溶铌降低铌的化合物增加． ·196· 北京科技大学学报 2009年增刊1

Vol.31 Suppl.I 汪春雷等：影响钢中铌的碳氨化物固溶的因素分析 .197 0.025 0.85 (a) (b) ◆一N]=0.003% ◆-N]=0.003% 0.020 0.80 ◆ ■-N]-0.005% 0.75 =-N=0.005% ±-N=0.0079% ￥0.015 0.70 ±N-0.007% 艺0.010 一 0.65◆ 0.60 ★★ 0.005 0.55 0.5 800 900 1000 1100 800 900 100011001200 温度℃ 温度℃ 图10.12%C0.02%Nb钢中固溶铌含量(a)及x(b)随温度和钢中氯含量的变化规律 0.025 0.85 (a) (b) 0.80 ◆一 N-0.003% 0.020 N=0.003% ■-N1-0.005% ■-N=0.005% 0.75 NJ-0.007% 0.015 N=0.007% 0.70 艺0.010 -N]-0.009% 0.65 w-N]-0.009% 0.60+ 0.005 0.55 ★ 800 900 1000 1100 0.5800 900 1000 1100 1200 温度℃ 温度℃ 图20.12%C0.03%Nb钢中固溶铌含量(a)及x(b)随温度和钢中氨含量的变化规律 0.025 0.06 (a) (b) ◆-Nb-0.020% 0.020 ◆-Nb1=0.020% 0.05 ■-[Nbj=0.025% -Nb]-0.025% ±-Nb]-0.030% 0.015 a-Nb]=0.030% 0.04 0.010 -×-Nb]-0.040% 0.03 0.02 0.005 0.01 800 900 1000 1100 800 900 1000 1100 温度℃ 温度：图30.12%C0.007%N钢中固溶铌(a)和碳氮化铌(b)含量随温度和钢中铌含量的变化规律 0.030 (a) 0.04 (b) -[C]-0.12% 0.025 ◆一[C=0.12% ■-C]-0.17% 0.020 -[C]-0.17% 90.03 20.015 0.02 0.010 0.01 0.005 800 900 1000 1100 1200 oo 900 1000 1100 1200 温度℃ 温度℃ 图40.03%Nb0.007%N钢中固溶铌(a)和碳氮化铌(b)含量随温度和钢中碳含量的变化规律 4 结论活度下降，则NbN的有效活度增加，固溶铌含量下降，形成的铌化合物数量增加通过推导相应的计算式，根据计算结果，可获得 (③)当钢中碳和氮含量固定不变时，加入铌的如下结论：含量从0.02%增加到0.04%，在800~1100℃范围 (1)钢中碳、氨、铌含量增加，NbC:N1-.相的全内，固溶铌的含量差别不大，氨化铌的含量增加，固溶温度升高 (4)随着钢中碳含量从0.12%增加到0.17%， (2)当钢中碳含量为0.12%，铌含量为0.02% 在800~1150℃范围内，钢中固溶铌降低，铌的化合和0.03%时，随着钢中氨含量的变化，NbC的有效物增加