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钒和氮直接加入到低合金和高强度钢中,可降低成本,可靠的方法是加氮化钒。在存在氮气的条件下,使钒形成富氮的碳氮化钒,与使用钒铁相比有如下优点:

*比钒铁更有效地强化和细化晶粒;*减少钒的加入量 成本降低;*有利钒和氮的利用;*纯度高:

*粒度均匀并便于包装。

因此,由于它价格低廉而适用于许多含碳高强度钢的添加剂。

从热力学的观点来看,钒是强碳化物形成元素,同时又是缩小C区的元素,在A-Fe中有很高的溶解度。因此,在共析钢中,钒既有溶入铁素体中形成置换固溶,碳体形成合金渗碳体。这三个过程互相影响,互相竞争,碳化钒质点能否析出,取决于三个过程竞争的结果。碳化钒形成的驱动力是体积自由能的降低(与钒和碳的亲合力有关),阻力是相界面界面能的增加,从这个意义上看,碳化钒质点必须要长大到一定大小才能稳定存在。所以,形成碳化钒需要足够高的钒含量以满足相变驱动力的需要,同时也需要集中大量的钒原子以保证形成的质点大于临界直径,也就是需要钒原子进行长距离扩散、聚集。钒含量越低,钒原子的扩散距离越长。根据计算,在钒含量为0.1%的PD3钢中,若要形成一个直径为2nm的碳化钒质点,需要周围34nm范围内所有的钒原子通过长程扩散聚集起来。由于PD3钢是珠光体钢,片间距很小,渗碳体分布均匀,所以钒溶入渗碳体不需要进行长程扩散。因此,当钢中钒含量较低时,钒原子更容易溶入渗碳体和铁素体中。当钢中钒含量不断增加时,铁素体和渗碳体中溶钒量很快达到饱和,多余的钒只能以碳化钒的方式析出,从电化学萃取分析的结果来看,此临界值大约在0.1%~0.2%左右。

攀钢在含钒钢方面的研究与开发

攀钢在含钒的新品种开发、钢铁材料中钒的作用机制研究等方面，开展了大量的工作。七十年代末，攀钢的低合金钢比不到1％，经过二十年的努力，已开发并转产低合金钢品种达50多个（其中微合金钢19个）。1999年，攀钢产钢330万吨，其中低合金钢（包括微合金钢）122万吨，低合金钢比已达到40％左右，并已开发出了一系列钒微合金化高、中碳钢和含钒低碳微合金钢。

在开发和试制含钒低合金及微合金钢的同时，攀钢还进行了大量的含钒钢机械性能和使用性能的基础研究，完成了“攀钢钢轨在线热处理工艺

基础研究”、“攀钢钢轨中残钒对性能的影响”、“钒和VN 合金在非调质钢中的应用”，同时，在国际钒技术的支持下，开展了“钒在1100Mpa 重轨钢中的应用”、“钒对钢的焊接性能的影响”、“钒在弹簧钢中的应用研究” 等课题的研究。通过这些课题的研究，弄清了钒提高钢的机械性能、应用性能的作用机理和规律，明确了在不同钢种中应用钒进行强化的途径。使攀钢形成了成熟的钒微合金化、热处理强化及复合强化生产重轨、管线钢、车梁结构用钢等的专有技术。含钒钢的研究、开发和应用已成为攀钢钢铁技术创新的重要领域。