低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能

D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.09.007 第30卷第9期 北京科技大学学报 Vol.30 No.9 2008年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep·2008 低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 周新龙12) 陈伟庆)叶飞) 刘振清 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)武钢技术中心，武汉430080 摘要通过对不同B含量的低碳硼钢和Nb、V微合金化低碳硼钢的冲击实验，研究了B含量及Nb,V微合金化对低碳硼钢 冲击性能的影响.结果表明：0.0006%~0.0015%的B将提高热处理状态钢的冲击韧性，B质量分数超过0.003%将降低钢 的冲击韧性·Nb、V复合微合金化同时加入适量A1可显著提高热处理状态低碳硼钢的冲击韧性.Ti质量分数超过0.03%对 低碳硼钢和微合金硼钢的冲击性能不利. 关键词低碳硼钢：微合金化：冲击性能；硼含量 分类号TG142.33 Impact property of micro-alloyed low carbon cold heading steel containing boron ZHOU Xinlong).CHEN Weiqing,YE Fei),LIU Zhenqing?) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)The Technical Center.Wuhan Iron and Steel Co.,Wuhan 430080,China ABSTRACI The influences of B content and Nb.V micro-alloying on the impact toughness of low carbon boron steel were investi- gated by impact tests of low carbon boron steels with different boron contents and of Nb,V micro-alloyed low carbon boron steel.The results show that the B content of 0.0006%to 0.0015%can improve the impact toughness of the steel,but the B content more than 0.003%decreases the impact toughness.Nb.V micro-alloying with appropriate Al can increase the impact toughness of the steel,es" pecially after heat treatment.It is disadvantageous that the Ti content is higher than 0.03%to the impact toughness of low carbon boron steel and micro-alloyed low carbon boron steel. KEY WORDS low carbon boron steel:micro-alloying:impact toughness:boron content 低碳硼钢作为高强度冷镦钢是替代C一Mo系 1硼含量对冲击性能的影响 列合金钢的理想材料之一，具有加工性能好、成本低 的特点，因而受到了国内外钢铁界的重视，硼在冷 1.1实验钢成分 镦钢中的作用机理方面国内外也进行了大量的研 实验钢采用50kg真空炉冶炼，以低碳锰钢为 究，如冷镦钢最佳硼含量、硼对淬透性的影响研究 基础成分，分别不加硼或加入不同含量的硼，加钛及 不加钛，加铝及不加铝进行比较，具体成分如表1所 等.然而硼对冲击性能的影响、对延迟断裂的影响 不· 研究相对较少.实际上冲击性能与延迟断裂性能对 1.2冲击性能检验结果 冷镦钢，尤其是高强度冷镦钢极为重要，本文通过 各炉实验钢加工成夏氏冲击试样，进行热轧状 对实验冶炼的含硼钢、微合金化含硼钢进行大量常 态及热处理状态的冲击检验，试样热处理采用两种 温、低温冲击检验，分析了不同B含量下低碳硼钢 工艺：工艺1是将试样加热到950℃后淬火、400℃ 热轧状态冲击性能、热处理状态冲击性能的变化情 回火，工艺2是将试样加热到950℃后淬火、200℃ 况及Nb、V微合金化对低碳硼钢冲击性能的影响， 回火， 收稿日期：2007-07-25修回日期：2007-09-17 作者简介：周新龙(1962-)，男：教授级高级工程师，博士研究生：陈伟庆(1951一)，男，教授，博士生导师，E-mail:w qchen-usth@163.com

低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 周新龙1‚2） 陈伟庆1） 叶 飞1） 刘振清2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 武钢技术中心‚武汉430080 摘 要 通过对不同 B 含量的低碳硼钢和 Nb、V 微合金化低碳硼钢的冲击实验‚研究了 B 含量及 Nb、V 微合金化对低碳硼钢 冲击性能的影响．结果表明：0∙0006％～0∙0015％的 B 将提高热处理状态钢的冲击韧性‚B 质量分数超过0∙003％将降低钢 的冲击韧性．Nb、V 复合微合金化同时加入适量 Al 可显著提高热处理状态低碳硼钢的冲击韧性．Ti 质量分数超过0∙03％对 低碳硼钢和微合金硼钢的冲击性能不利． 关键词 低碳硼钢；微合金化；冲击性能；硼含量 分类号 TG142∙33 Impact property of micro-alloyed low carbon cold heading steel containing boron ZHOU Xinlong 1‚2）‚CHEN Weiqing 1）‚Y E Fei 1）‚LIU Zhenqing 2） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） The Technical Center‚Wuhan Iron and Steel Co．‚Wuhan430080‚China ABSTRACT T he influences of B content and Nb‚V micro-alloying on the impact toughness of low carbon boron steel were investi￾gated by impact tests of low carbon boron steels with different boron contents and of Nb‚V micro-alloyed low carbon boron steel．T he results show that the B content of0∙0006％ to0∙0015％ can improve the impact toughness of the steel‚but the B content more than 0∙003％ decreases the impact toughness．Nb‚V micro-alloying with appropriate Al can increase the impact toughness of the steel‚es￾pecially after heat treatment．It is disadvantageous that the Ti content is higher than0∙03％ to the impact toughness of low carbon boron steel and micro-alloyed low carbon boron steel． KEY WORDS low carbon boron steel；micro-alloying；impact toughness；boron content 收稿日期：2007－07－25 修回日期：2007－09－17 作者简介：周新龙（1962－）‚男‚教授级高级工程师‚博士研究生；陈伟庆（1951－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：wqchen．ustb＠163．com 低碳硼钢作为高强度冷镦钢是替代 Cr－Mo 系 列合金钢的理想材料之一‚具有加工性能好、成本低 的特点‚因而受到了国内外钢铁界的重视．硼在冷 镦钢中的作用机理方面国内外也进行了大量的研 究‚如冷镦钢最佳硼含量、硼对淬透性的影响研究 等．然而硼对冲击性能的影响、对延迟断裂的影响 研究相对较少．实际上冲击性能与延迟断裂性能对 冷镦钢‚尤其是高强度冷镦钢极为重要．本文通过 对实验冶炼的含硼钢、微合金化含硼钢进行大量常 温、低温冲击检验‚分析了不同 B 含量下低碳硼钢 热轧状态冲击性能、热处理状态冲击性能的变化情 况及 Nb、V 微合金化对低碳硼钢冲击性能的影响． 1 硼含量对冲击性能的影响 1∙1 实验钢成分 实验钢采用50kg 真空炉冶炼‚以低碳锰钢为 基础成分‚分别不加硼或加入不同含量的硼‚加钛及 不加钛‚加铝及不加铝进行比较‚具体成分如表1所 示． 1∙2 冲击性能检验结果 各炉实验钢加工成夏氏冲击试样‚进行热轧状 态及热处理状态的冲击检验．试样热处理采用两种 工艺：工艺1是将试样加热到950℃后淬火、400℃ 回火‚工艺2是将试样加热到950℃后淬火、200℃ 回火． 第30卷 第9期 2008年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．9 Sep．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．09．007

第9期 周新龙等：低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 ,1007 表1实验钢成分（质量分数） Table 1 Composition of the test steels % 编号 C Si Mo B Ti Al. 1* 0.170 0.048 0.70 0.009 0.0048 2# 0.140 0.040 0.76 0.010 0.0047 0.0010 3# 0.147 0.052 0.76 0.010 0.0051 一 4# 0.132 0.037 0.74 0.010 0.0051 0.0015 5* 0.160 0.046 0.74 0.011 0.0049 0.0040 6# 0.188 0.041 0.77 0.013 0.0059 0.0090 70 0.171 0.052 0.77 0.009 0.0048 0.0420 8# 0.196 0.032 0.74 0.009 0.0051 0.0051 9# 0.187 0.036 0.78 0.007 0.0051 0.0042 0.006 10÷ 0.199 0.046 0.89 0.011 0.0047 0.0042 0.030 0.041 11* 0.205 0.055 0.84 0.009 0.0048 0.0037 0.033 0.094 12# 0.173 0.059 0.60 0.013 0.0048 0.0006 0.030 (1)热轧状态冲击检验结果.图1和图2所示 镦钢，热处理状态的冲击性能更具有意义， 分别为热轧状态常温及低温冲击韧性随硼含量的变 (2)热处理状态冲击检验结果，采用950℃淬 化情况，可见，当硼质量分数超过0.003%时，其常 火、400℃回火的工艺进行热处理的试样冲击检验 温冲击及低温冲击值均急剧降低，但作为高强度冷 结果如图3和图4所示.可以看出：硼质量分数在 250 300 200 250 200 150 150 100 是 100 50 50 0 00.0020.0040.0060.0080.0100.0400.045 0 0.0020.0040.0060.0080.0106.0400.045 B质量分数% B质量分数% 图1碱含量与热轧状态常温冲击值的关系 图3400℃回火状态的常温冲击值 Fig-I Relation between the boron content and the impact toughness Fig.3 Relation between the boron content and the impact toughness of hot rolled steel at room temperature of 400Cempered steel at room temperature 300 150 250 200 100 150 100 50 00.0020.0040.0060.0080.010 60400.045 0 00.0020.0040.0060.0080.0106.0400.045 B质量分数/% B质量分数% 图2硼含量与热轧状态一10℃冲击值的关系 图4400℃回火状态的一10℃冲击值 Fig-2 Relation between the boron content and the impact toughness Fig.4 Relation between the boron content and the impact toughness of hot rolled steels at -10C of 400 C-empered steel at -10C

表1 实验钢成分（质量分数） Table1 Composition of the test steels ％ 编号 C Si Mn P S B Ti Als 1＃ 0∙170 0∙048 0∙70 0∙009 0∙0048 － － － 2＃ 0∙140 0∙040 0∙76 0∙010 0∙0047 0∙0010 － － 3＃ 0∙147 0∙052 0∙76 0∙010 0∙0051 － － － 4＃ 0∙132 0∙037 0∙74 0∙010 0∙0051 0∙0015 － － 5＃ 0∙160 0∙046 0∙74 0∙011 0∙0049 0∙0040 － － 6＃ 0∙188 0∙041 0∙77 0∙013 0∙0059 0∙0090 － － 7＃ 0∙171 0∙052 0∙77 0∙009 0∙0048 0∙0420 － － 8＃ 0∙196 0∙032 0∙74 0∙009 0∙0051 0∙0051 － － 9＃ 0∙187 0∙036 0∙78 0∙007 0∙0051 0∙0042 0∙006 － 10＃ 0∙199 0∙046 0∙89 0∙011 0∙0047 0∙0042 0∙030 0∙041 11＃ 0∙205 0∙055 0∙84 0∙009 0∙0048 0∙0037 0∙033 0∙094 12＃ 0∙173 0∙059 0∙60 0∙013 0∙0048 0∙0006 － 0∙030 （1） 热轧状态冲击检验结果．图1和图2所示 分别为热轧状态常温及低温冲击韧性随硼含量的变 化情况．可见‚当硼质量分数超过0∙003％时‚其常 温冲击及低温冲击值均急剧降低．但作为高强度冷 图1 硼含量与热轧状态常温冲击值的关系 Fig．1 Relation between the boron content and the impact toughness of hot rolled steel at room temperature 图2 硼含量与热轧状态－10℃冲击值的关系 Fig．2 Relation between the boron content and the impact toughness of hot rolled steels at －10℃ 镦钢‚热处理状态的冲击性能更具有意义． （2） 热处理状态冲击检验结果．采用950℃淬 火、400℃回火的工艺进行热处理的试样冲击检验 结果如图3和图4所示．可以看出：硼质量分数在 图3 400℃回火状态的常温冲击值 Fig．3 Relation between the boron content and the impact toughness of 400℃-tempered steel at room temperature 图4 400℃回火状态的－10℃冲击值 Fig．4 Relation between the boron content and the impact toughness of 400℃-tempered steel at －10℃ 第9期 周新龙等： 低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 ·1007·

,1008 北京科技大学学报 第30卷 0.0006%~0.0015%之间，钢的常温和低温冲击值 击性能有不利影响，该结果与某些研究结果也有一 优于无硼钢.采用950℃淬火、200℃回火的工艺进 定差异.有关研究认为山，在一60~20℃范围内，必 行热处理的试样冲击检验结果如图5和图6所示， 需的钛含量超出时，这些过剩的钛对低碳硼钢的冲 其结果与采用950℃淬火、400℃回火的工艺进行热 击韧性没有明显影响， 处理的试样冲击检验结果相似，但微量硼的效果更 160 加突出，含0.0006%~0.0015%微量硼的钢无论常 0 ☒常温 温还是低温冲击值均远优于无硼钢， 120 口低温 300 250 200 150 100 9° 10 炉号 50 0 图7热轧态冲击值比较 00.0020.0040.0060.0080.0100.0400.045 Fig.7 Comparison among the impact toughness values of hot-rolled B质量分数% steel 图5200℃回火状态的常温冲击值 Fig-5 Relation between the boron content and the impact toughness 160 of 200Cempered steel at room temperature 140 ☑常温 口低温 250 200 150 100 0 5 9 10 50 炉号 0 0.0020.0040.0060.0080.0106.0400.045 图8400℃回火热处理冲击值比较 B质量分数% Fig.8 Comparison among the impact toughness values of 400 C- tempered steel 图6200℃回火状态的一10℃冲击值 Fig.6 Relation between the boron content and the impact toughness 60 of 200 C-tempered steel at-10C ☒常温 1.3T及酸溶Al含量对低碳硼钢冲击性能的影响 口低温 5*、9*、10三炉钢的硼含量相近，其区别在于 5#无Ti和AL,9、10#则分别含有不同量的Ti和 00 A1(酸溶铝，下同)，其冲击性能对比情况如图79 所示 10 9*含有0.006%Ti,10*含有0.033%Ti和 0.041%Al,5不含Ti和Al,三炉钢的B含量均相 10 炉号 近，由图可见，5*与9÷冲击性能相差不大，5*常温 冲击性能略优于9，而9#低温冲击性能略优于 图9200℃回火热处理冲击值比较 5#,10产冲击性能最差.说明微量钛对硼钢的冲击 Fig9 Comparison among impact toughness values of 200 C-tem pered steel 性能影响不大，而钛含量超过0.03%时对硼钢的冲

0∙0006％～0∙0015％之间‚钢的常温和低温冲击值 优于无硼钢．采用950℃淬火、200℃回火的工艺进 行热处理的试样冲击检验结果如图5和图6所示‚ 其结果与采用950℃淬火、400℃回火的工艺进行热 处理的试样冲击检验结果相似‚但微量硼的效果更 加突出‚含0∙0006％～0∙0015％微量硼的钢无论常 温还是低温冲击值均远优于无硼钢． 图5 200℃回火状态的常温冲击值 Fig．5 Relation between the boron content and the impact toughness of 200℃-tempered steel at room temperature 图6 200℃回火状态的－10℃冲击值 Fig．6 Relation between the boron content and the impact toughness of 200℃-tempered steel at －10℃ 1∙3 Ti及酸溶 Al 含量对低碳硼钢冲击性能的影响 5＃、9＃、10＃三炉钢的硼含量相近‚其区别在于 5＃无 Ti 和 Al‚9＃、10＃则分别含有不同量的 Ti 和 Al（酸溶铝‚下同）‚其冲击性能对比情况如图7～9 所示． 9＃含有0∙006％ Ti‚10＃ 含有0∙033％ Ti 和 0∙041％ Al‚5＃不含 Ti 和 Al‚三炉钢的 B 含量均相 近．由图可见‚5＃与9＃冲击性能相差不大‚5＃常温 冲击性能略优于9＃‚而9＃ 低温冲击性能略优于 5＃‚10＃冲击性能最差．说明微量钛对硼钢的冲击 性能影响不大‚而钛含量超过0∙03％时对硼钢的冲 击性能有不利影响‚该结果与某些研究结果也有一 定差异．有关研究认为［1］‚在－60～20℃范围内‚必 需的钛含量超出时‚这些过剩的钛对低碳硼钢的冲 击韧性没有明显影响． 图7 热轧态冲击值比较 Fig．7 Comparison among the impact toughness values of hot-rolled steel 图8 400℃回火热处理冲击值比较 Fig．8 Comparison among the impact toughness values of 400℃- tempered steel 图9 200℃回火热处理冲击值比较 Fig．9 Comparison among impact toughness values of 200℃-tem￾pered steel ·1008· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷

第9期 周新龙等：低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 ,1009 分，硼质量分数控制在0.001%~0.003%之间，钛 2 Nb、V微合金化对低碳含硼钢冲击性能的 质量分数按0.01%~0.03%控制，分别进行单独加 影响 V微合金化及同时加Nb、V微合金化，冶炼成分如 2.1 微合金化含硼钢冶炼成分 表2. 采用25kg真空炉冶炼，以低碳锰钢为基础成 表2微合金化含翻钢治炼成分（质量分数） Table 2 Composition of micro-alloyed boron steel % 编号 C Mn P Ti 9 Nb V Al, 13# 0.230 0.028 0.95 0.003 0.004 0.014 0.0022 0.056 0.051 14# 0.193 0.021 0.97 0.005 0.004 0.030 0.0030 0.052 0.017 15# 0.190 0.021 0.95 0.003 0.004 0.007 0.0010 0.052 0.050 0.016 16# 0.185 0.016 0.97 0.005 0.004 0.029 0.0021 0.054 0.048 0.009 2.2冲击性能实验结果 微合金化硼钢，只是13#成分中未含A1,16#仅含微 同样将实验钢加工成夏氏冲击试样，分别进行 量Al,15#含A1较多，说明适量Al含量有利于保证 热轧状态和热处理状态冲击实验，热处理工艺采用 硼钢的冲击性能.14#为V单独微合金化硼钢，其 950℃淬火、200℃回火，实验结果如图10和图11 热处理状态冲击性能最差，说明Nb、V复合微合金 所示，由图10可见，热轧状态各炉的冲击值相差不 化对保证硼钢的冲击性能效果最佳。15*含有 很明显，但热处理状态冲击值的差异较大，如图11 0.007%的Ti,16含Ti为0.029%，而15#的热处 所示，15#具有最佳的冲击性能，其次分别为16#和 理状态冲击性能最佳，说明较高的Ti含量不利于 13#,而14#最差，13#、15#和16均为Nb、V复合 Nb、V复合微合金化硼钢的冲击性能，这与前述含 160 ☑常温 硼钢的实验结果相一致 140 ▣低温 120 3讨论 100 80 3.1硼含量对冲击性能的影响 60 检验结果表明，微量硼可以较大地提高热处理 40 后钢的冲击性能，硼质量分数在0.0006%~ 20 0.0015%时具有最佳效果；但当硼质量分数超过 13* 14 15 16* 0.003%时，冲击性能则随硼含量的增加大为降低； 炉号 硼质量分数超过0.005%时，冲击值降低幅度减缓 图10微合金化钢热轧状态冲击性能 有文献认为加入0.0003%~0.0005%B钢的冲 Fig-10 Impact toughness of micro alloyed steel after hot-rolling 击值即可得到提高，但该资料认为B质量分数大于 0.0005%夏氏冲击值饱和没有变化，这与本研究有 140 一定差异 120 ☑常温 从机理上看，硼含量对冲击性能的影响是硼在 100 口低温 晶界上的析出，当硼含量适当时，有利于改善冲击性 80 能；当硼含量超过一定值时，则可能是由于硼在晶界 富 的过量析出或产生硼相，反而影响了晶界强度，降低 % 了冲击性能3.当淬火、回火处理后，硼在晶界替 代P、S的析出，可以减轻P、S的有害影响.文献[5] 13 14 15 16 表明，通过预先热处理工艺可改变硼钢中碳氨化物 炉号 析出相的溶解和析出行为，从而控制钢的奥氏体晶 图11微合金化铜热处理状态冲击性能 粒度和冲击韧性，经860℃油淬十200℃回火后的冲 Fig.11 Impact toughness of micro alloyed steel after heat treatment 击韧性值得到较大提高

2 Nb、V 微合金化对低碳含硼钢冲击性能的 影响 2∙1 微合金化含硼钢冶炼成分 采用25kg 真空炉冶炼‚以低碳锰钢为基础成 分‚硼质量分数控制在0∙001％～0∙003％之间‚钛 质量分数按0∙01％～0∙03％控制‚分别进行单独加 V 微合金化及同时加 Nb、V 微合金化‚冶炼成分如 表2． 表2 微合金化含硼钢冶炼成分（质量分数） Table2 Composition of micro-alloyed boron steel ％ 编号 C Si Mn P S Ti B Nb V Als 13＃ 0∙230 0∙028 0∙95 0∙003 0∙004 0∙014 0∙0022 0∙056 0∙051 － 14＃ 0∙193 0∙021 0∙97 0∙005 0∙004 0∙030 0∙0030 － 0∙052 0∙017 15＃ 0∙190 0∙021 0∙95 0∙003 0∙004 0∙007 0∙0010 0∙052 0∙050 0∙016 16＃ 0∙185 0∙016 0∙97 0∙005 0∙004 0∙029 0∙0021 0∙054 0∙048 0∙009 2∙2 冲击性能实验结果 同样将实验钢加工成夏氏冲击试样‚分别进行 热轧状态和热处理状态冲击实验‚热处理工艺采用 950℃淬火、200℃回火‚实验结果如图10和图11 所示．由图10可见‚热轧状态各炉的冲击值相差不 很明显．但热处理状态冲击值的差异较大‚如图11 所示‚15＃具有最佳的冲击性能‚其次分别为16＃和 13＃‚而14＃最差．13＃、15＃和16＃均为 Nb、V 复合 图10 微合金化钢热轧状态冲击性能 Fig．10 Impact toughness of micro-alloyed steel after hot-rolling 图11 微合金化钢热处理状态冲击性能 Fig．11 Impact toughness of micro-alloyed steel after heat treatment 微合金化硼钢‚只是13＃成分中未含 Al‚16＃仅含微 量 Al‚15＃含 Al 较多‚说明适量 Al 含量有利于保证 硼钢的冲击性能．14＃为 V 单独微合金化硼钢‚其 热处理状态冲击性能最差‚说明 Nb、V 复合微合金 化对保证硼钢的冲击性能效果最佳．15＃ 含有 0∙007％的 Ti‚16＃含 Ti 为0∙029％‚而15＃的热处 理状态冲击性能最佳‚说明较高的 Ti 含量不利于 Nb、V 复合微合金化硼钢的冲击性能‚这与前述含 硼钢的实验结果相一致． 3 讨论 3∙1 硼含量对冲击性能的影响 检验结果表明‚微量硼可以较大地提高热处理 后钢 的 冲 击 性 能‚硼 质 量 分 数 在0∙0006％～ 0∙0015％时具有最佳效果；但当硼质量分数超过 0∙003％时‚冲击性能则随硼含量的增加大为降低； 硼质量分数超过0∙005％时‚冲击值降低幅度减缓． 有文献认为［2］加入0∙0003％～0∙0005％ B 钢的冲 击值即可得到提高‚但该资料认为 B 质量分数大于 0∙0005％夏氏冲击值饱和没有变化‚这与本研究有 一定差异． 从机理上看‚硼含量对冲击性能的影响是硼在 晶界上的析出‚当硼含量适当时‚有利于改善冲击性 能；当硼含量超过一定值时‚则可能是由于硼在晶界 的过量析出或产生硼相‚反而影响了晶界强度‚降低 了冲击性能［3－4］．当淬火、回火处理后‚硼在晶界替 代 P、S 的析出‚可以减轻 P、S 的有害影响．文献［5］ 表明‚通过预先热处理工艺可改变硼钢中碳氮化物 析出相的溶解和析出行为‚从而控制钢的奥氏体晶 粒度和冲击韧性‚经860℃油淬＋200℃回火后的冲 击韧性值得到较大提高． 第9期 周新龙等： 低碳微合金化含硼冷镦钢的冲击性能 ·1009·

,1010 北京科技大学学报 第30卷 3.2钛含量对低碳硼钢冲击性能的影响 过0.03%. 钛含量对低碳硼钢冲击性能的影响各研究者得 (3)就低碳硼钢的冲击性能影响看，Nb、V复 出的结果有所不同，一般认为过剩钛对冲击性能有 合微合金化优于单独V微合金化，钢中适量的Al 害，但也有人认为过剩钛对冲击性能无影响1-]， 将具有更佳效果，因为Nb、AI在钢中的细化晶粒作 本研究的实验结果与前者结论基本一致.分析认为 用，在采用Nb、V复合微合金化提高低碳硼钢强度 微量钛有益于冲击性能，主要表现为钛能减轻N的 的同时，减轻了由沉淀强化引起的冲击性能损失， 不利影响，而钛含量超过一定值后，其碳化物沉淀强 参考文献 化作用使材料强度升高，反而会降低低碳硼钢的冲 [1]Zai K Y,Ren Y L,Wang D Y.The effect of tiny amount of tita- 击性能 nium on the notch toughness of low-carbon boron steel.Xi'an 3.3Nb、V微合金化及酸溶铝的影响 Unin Archit Technol,1999.31(1):70 (翟克勇，任永莉，王大业.微量钛对低碳硼钢冲击韧性的影响. 过去在提高低碳硼钢强度的研究方面要么单独 西安建筑科技大学学报，1999,31(1)：70) Nb微合金化，要么单独V微合金化，在低碳硼钢 [2]Zhang C S.Research on the influence of boron content to the im- Nb、V复合微合金化方面的研究很少，微合金化的 pact toughness of boron Steel.Materials.2002.15(3):489 主要目的是提高材料的强度，Nb、V的析出强化引 (张朝生，硼含量对硼钢冲击性能影响的研究，材料，2002， 起材料强度的提高，同时也将使材料的冲击性能下 15(3):489) 降；但晶粒细化不但提高强度，同时还提高钢的冲击 [3]Jahai M.Jonas J J.The nonequilibrium segregation of boron on 韧性8o.从本研究的实验结果看，Nb、V复合微 original and moving austenite grain boundaries.Mater Sci Eng. 2002,A335:49 合金化硼钢比单独加V微合金化硼钢的热处理状 [4]Jones R B,Younes C M,Heard P J.The Effect of the microscale 态冲击性能显著提高，加入适量的A1效果更好，这 distribution of boron on the yield strength of C-Mn steels subject- 可能是由于Nb、AI对钢中奥氏体晶粒的细化作用， ed to neutron irradiation.Acta Mater.2002,50:4395 热处理的加热温度达950℃，V的碳氨化物会固溶， [5]Zhao X C,Yu D Q.Influences of pretreatment on austenite grain size and impact toughness of 20MnVB steel.Mater Mech Eng. 对奥氏体晶粒张大无抑制作用；而此温度下Nb和 1999,23(4):14 A能抑制奥氏体晶粒的张大，在随后的热处理过程 (赵西成，于大全.预先热处理对20MnVB钢奥氏体晶粒度及 中可获得较细小的组织，所以采用Nb、V复合微合 冲击韧性的影响.机械工程材料，1999,23(4)：14) 金化同时加入适量A!在提高低碳含硼钢强度的同 [6]Wang S Y,Wang C Y.Zhao D L.Effect of double boron impuri- 时，还可减轻由于沉淀强化引起的冲击性能损失， ties on the iron grain boundary cohesion.J Alloys Compd. 2004,368.308 4结论 [7]Chen F S.Wang K L.The kinetics and mechanism of multi-com- ponent diffusion on AISI 1045 steel.Surf Coat Technol.1999. (1)微量硼能较明显地提高热处理状态的低碳 115,239 硼钢的冲击性能.硼质量分数在0.0006%~ [8]Zhang S H.Wu C J.Iron and Steel Materials,Beijing:Metal- 0.0015%之间具有最佳效果；硼含量过高则会对钢 lurgical Industry Press.1992:275 (章守华，吴承建.钢铁材料学.北京：治金工业出版社，1992： 的冲击性能产生不利影响，硼含量超过0.003%时 275) 钢的冲击性能随硼含量增加而下降，且下降速度较 [9]Ahmed S.Titchmarsh J M,Kilburn M R.et al.Examination of 快；硼质量分数超过0.005%时随着硼含量增加，冲 the influence of boron on the microstructure and properties of low 击性能下降速度减缓. C ferrites steels using NanoSIMS and TEM.Appl Surf Sci, (2)微量钛对低碳硼钢的冲击性能影响不大， 2006,252:7062 钛含量超过一定值则对低碳硼钢和微合金化硼钢的 [10]Jun HJ,Kanga JS,Seo D H.et al.Effects of deformation and boron on microst ructure and continuous cooling transformation in 冲击性能有害，一般低碳硼钢中钛质量分数不宜超 low carbon HSLA steels.Mater Sci Eng A.2006,422:157

3∙2 钛含量对低碳硼钢冲击性能的影响 钛含量对低碳硼钢冲击性能的影响各研究者得 出的结果有所不同‚一般认为过剩钛对冲击性能有 害‚但也有人认为过剩钛对冲击性能无影响［1‚6－7］‚ 本研究的实验结果与前者结论基本一致．分析认为 微量钛有益于冲击性能‚主要表现为钛能减轻 N 的 不利影响‚而钛含量超过一定值后‚其碳化物沉淀强 化作用使材料强度升高‚反而会降低低碳硼钢的冲 击性能． 3∙3 Nb、V 微合金化及酸溶铝的影响 过去在提高低碳硼钢强度的研究方面要么单独 Nb 微合金化‚要么单独 V 微合金化‚在低碳硼钢 Nb、V 复合微合金化方面的研究很少．微合金化的 主要目的是提高材料的强度‚Nb、V 的析出强化引 起材料强度的提高‚同时也将使材料的冲击性能下 降；但晶粒细化不但提高强度‚同时还提高钢的冲击 韧性［8－10］．从本研究的实验结果看‚Nb、V 复合微 合金化硼钢比单独加 V 微合金化硼钢的热处理状 态冲击性能显著提高‚加入适量的 Al 效果更好．这 可能是由于 Nb、Al 对钢中奥氏体晶粒的细化作用‚ 热处理的加热温度达950℃‚V 的碳氮化物会固溶‚ 对奥氏体晶粒张大无抑制作用；而此温度下 Nb 和 Al 能抑制奥氏体晶粒的张大‚在随后的热处理过程 中可获得较细小的组织．所以采用 Nb、V 复合微合 金化同时加入适量 Al 在提高低碳含硼钢强度的同 时‚还可减轻由于沉淀强化引起的冲击性能损失． 4 结论 （1） 微量硼能较明显地提高热处理状态的低碳 硼钢 的 冲 击 性 能．硼 质 量 分 数 在0∙0006％～ 0∙0015％之间具有最佳效果；硼含量过高则会对钢 的冲击性能产生不利影响‚硼含量超过0∙003％时 钢的冲击性能随硼含量增加而下降‚且下降速度较 快；硼质量分数超过0∙005％时随着硼含量增加‚冲 击性能下降速度减缓． （2） 微量钛对低碳硼钢的冲击性能影响不大‚ 钛含量超过一定值则对低碳硼钢和微合金化硼钢的 冲击性能有害‚一般低碳硼钢中钛质量分数不宜超 过0∙03％． （3） 就低碳硼钢的冲击性能影响看‚Nb、V 复 合微合金化优于单独 V 微合金化‚钢中适量的 Al 将具有更佳效果．因为 Nb、Al 在钢中的细化晶粒作 用‚在采用 Nb、V 复合微合金化提高低碳硼钢强度 的同时‚减轻了由沉淀强化引起的冲击性能损失． 参 考 文 献 ［1］ Zai K Y‚Ren Y L‚Wang D Y．The effect of tiny amount of tita￾nium on the notch toughness of low-carbon boron steel．J Xi’an Univ A rchit Technol‚1999‚31（1）：70 （翟克勇‚任永莉‚王大业．微量钛对低碳硼钢冲击韧性的影响． 西安建筑科技大学学报‚1999‚31（1）：70） ［2］ Zhang C S．Research on the influence of boron content to the im￾pact toughness of boron Steel．Materials‚2002‚15（3）：489 （张朝生．硼含量对硼钢冲击性能影响的研究．材料‚2002‚ 15（3）：489） ［3］ Jahazi M‚Jonas J J．The non-equilibrium segregation of boron on original and moving austenite grain boundaries．Mater Sci Eng‚ 2002‚A335：49 ［4］ Jones R B‚Younes C M‚Heard P J．The Effect of the microscale distribution of boron on the yield strength of C-Mn steels subject￾ed to neutron irradiation．Acta Mater‚2002‚50：4395 ［5］ Zhao X C‚Yu D Q．Influences of pretreatment on austenite grain size and impact toughness of 20MnVB steel．Mater Mech Eng‚ 1999‚23（4）：14 （赵西成‚于大全．预先热处理对20MnVB 钢奥氏体晶粒度及 冲击韧性的影响．机械工程材料‚1999‚23（4）：14） ［6］ Wang S Y‚Wang C Y‚Zhao D L．Effect of double boron impuri￾ties on the α-iron grain boundary cohesion． J Alloys Compd‚ 2004‚368：308 ［7］ Chen F S‚Wang K L．The kinetics and mechanism of mult-i com￾ponent diffusion on AISI 1045steel．Surf Coat Technol‚1999‚ 115：239 ［8］ Zhang S H‚Wu C J．Iron and Steel Materials‚Beijing：Metal￾lurgical Industry Press‚1992：275 （章守华‚吴承建．钢铁材料学．北京：冶金工业出版社‚1992： 275） ［9］ Ahmed S‚Titchmarsh J M‚Kilburn M R‚et al．Examination of the influence of boron on the microstructure and properties of low C ferrites steels using NanoSIMS and TEM． Appl Surf Sci‚ 2006‚252：7062 ［10］ Jun H J‚Kanga J S‚Seo D H‚et al．Effects of deformation and boron on microstructure and continuous cooling transformation in low carbon HSLA steels．Mater Sci Eng A‚2006‚422：157 ·1010· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷