钒在钢中的合金化作用及应用

　　钒是一种熔点高、密度低的稀有金属(钒是V在十种高熔点金属中，族元素中最轻的金属也是最轻的金属)。钒钛磁铁矿中大多数钒存在。钒在地壳中的存在量很小(质量比为0.023%)，但微量钒可以在钢中发挥显著的性能改善作用。

　　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。化学元素周期表位于第4位 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，它们与钒化合，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，影响钢的各种性能。

　　在氮含量低的情况下，奥氏体中碳氮化钒的溶解度积远高于碳化铌。在900℃此外，钒在奥氏体中的固溶性大于铁素体，因此，钒的主要作用是/铁素体中的相间沉淀和沉淀强化。钒在钢中的作用可以从固溶度积中认识到。

　　碳化钒和氮化钒在奥氏体中的溶解度

　　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）当在高温溶入奥氏体时，增加钢的淬透性；相反，如以碳化物存在时，却会降低钢的淬透性。

　　(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，容易实施再结晶控轧，沿钢材截面组织均匀。在较宽的温度范围内，可以得到均匀的再结晶晶粒，最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。

　　(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条形状，或在回火过程中沉淀碳化钒，产生二次硬化效果。

　　钒在钢铁工业中的应用

　　钒在高强度低合金钢中的应用

　　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工模具钢。

　　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之一是合金模具钢。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.波动在1%5%范围内；但也有钒含量较高的工模具钢，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。钒在含钨高速工具钢中能阻止晶粒长大，提高钢的红硬性和切削能力，增大耐磨性，最终起到延长高速工具使用寿命的作用。

　　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。含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，其钒的质量分数一般为1%3%，少数特殊要求的高速钢中钒的质量分数为5%。

　　合金工模具钢和高速钢对中国国家标准V质量分数要求/%

　　钒在耐热钢中的应用

　　钒可以在耐热钢中形成高度分散的碳化物和氮化物颗粒，在高温下聚合生长非常缓慢，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。在大多数耐热钢合金系统中添加V元素的添加量(质量分数)一般为0.15％～0.40％。

　　典型耐热钢合金成分体系(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，在马氏体不锈钢90Cr18MoV中含有0. 07%～0.12%的V。

　　钒在弹簧钢中的应用

　　钒能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，降低热处理过程中钢的脱碳敏感性，提高钢的冶金和表面质量。50铬和钒配合使用CrVA 弹簧钢是典型的高品质弹簧钢品种，钒含量为0.10%～0.25%。30W4Cr2VA 钢中含0.50%～0.制造工作温度为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

　　自上个世纪以来，世界各国一直使用含铬轴承钢。我国独创的GSiMnV、GSiMnMoV、GMn-MoVR含钒轴承钢，含0.15%～0.30%钒。这些含钒轴承钢具有较大的碳化物弥散性和良好的使用性能，使用寿命超过含铬轴承钢。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

　　因为钒有一种促进生成的方法因此，在现代镍基高温合金中，除了现代镍基高温合金外，相的倾向很小程度上提高或不提高合金的强度或稳定性A286 合金含有（0.10～0.50）%V，IN100、IN731 合金含有1% 钒，220 合金含有0.5%～0.8%V另外，一般没有应用。

　　钒在钢中的应用形式和添加方法

　　除在碳素工具钢中加入不大于0.除05%以外，钒很少作为单一合金元素加入钢中。

　　钒在钢中的应用形式和添加方法