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Low carbon manganese steels microalloyed with vanadium and nitrogen

机译：钒和氮微合金化的低碳锰钢

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Um den Einfluß der Mikrolegierung mit Vanadium oder Stickstoff auf MikroStruktur und Festigkeit kohlenstoffarmer Stähle mit unterschiedlichen Mangangehalten zu studieren, wurden drei Reihen niedriggekohlter Stähle (0.1% C) mit Massenanteilen an Mangan zwischen 0.8 und 3.5%, Vanadium bis zu 0.17% und Stickstoff bis zu 0.025% im warmgeschmiedeten Zustand hergestellt und untersucht. Hierbei wurden die Werkstoffe Vorwärm- und Fertigschmiedetemperaturen zwischen 1200 und 950℃ ausgesetzt. Stägle mit Mangangehalten bis zu 2.3% wiesen Ferrit-Perlit-Gefüge auf, wohingegen höhere Mn-Gehalte (2.7 - 3.5%) zur Bildung bainiti-scher Gefüge führten. Bei Mn-Gehalten < 1,5% sind es Mischkristall- und Kornfeinungseffekte, > 2.3% ist es die Bainitbildung, die den deutlichen Einfluß von Mangan auf die Festigkeitseigenschaften der Stähle bewirken. Die dazwischenliegenden Mangangehalte zeigen weniger deutliche Wirkung aufgrund von einzig auftretender Mischkristallhärtung. Die Mikrolegierung mit Vanadin wirkt festigkeitssteigernd, wofür die Ausscheidungsverfestigung allein oder zusammen mit Kornfeinungs-effekten verantwortlich ist. Die Effektivität von Vanadium läßt sich durch Erhöhung des Stickstoffgehaltes deutlich steigern. Die Korn-feinung einer Vanadium-Stickstoff-Mikrolegierung läßt sich scheinbar auf die Behinderung des Austenitkornwachstums als Ergebnis der Ausscheidung von Vanadiumnitrid im Austenit beim Schmieden zurückführen. Ausscheidungsverfestigung dieser Stähle läßt sich durch Ausscheidung von Vanadiumcarbid oder -nitrid im Ferrit oder Bainit erzielen. Stickstoff begünstigt die Ausscheidungsverfestigung von vanadiummikrolegierten Stählen; dies kann den feineren Vanadiumnitridausscheidungen zugeschrieben werden. Bis zu 70% des gesamten Stickstoffgehaltes im Stahl wird in Form von Vanadiumnitrid ausgechie-den. Hierzu ist ein V/N-Verhältnis von ca. 6-7 erforderlich.%With the objective of studying the effect of vanadium and nitrogen microalloying on microstructure and strength of low carbon steels with different manganese contents, three series of low carbon steels (0.1% C) with manganese content (between 0.8 and 3.5%), vanadium content (up to 0.17%) and nitrogen content (up to 0.025%) have been designed and investigated in the hot forging condition using a preheating and finish forging temperatures of 1200 and 950℃, respectively. Steels with a manganese content up to 2.3% revealed ferrite-pearlite structures, whereas higher manganese contents from 2.7 to 3.5% resulted in the formation of bainitic structures. A pronounced effect of manganese on the mechanical properties of steels was detected at lower manganese contents < 1.5%, due to solid solution and grain refining effects, and higher manganese contents > 2.3, due to bainite formation. Manganese content in the range of 1.5-2.3% had less pronounced effect due to solely solid solution hardening. Vanadium microalloying effectively increased the strength of steels through solely precipitation strengthening or both precipitation strengthening and grain refining effect. The effectiveness of vanadium was greatly enhanced by increasing the nitrogen content. The grain refinement of vanadium-nitrogen microalloying seems to be due to inhibition of austenite grain growth as a result of precipitation of vanadium nitride in austenite during forging. Precipitation strengthening of these steels is achieved by precipitation of vanadium carbide and nitride in ferrite or bainite.
机译：为了研究钒或氮微合金化对不同锰含量的低碳钢的组织和强度的影响，三排低碳钢（0.1％C），锰的质量分数在0.8和3.5％之间，钒含量最高为0.17％，氮含量最高为0.025％热锻和制造。这些材料要经受预热并在1200至950℃之间完成锻造。锰含量高达2.3％的棒具有铁素体-珠光体结构，而较高的Mn含量（2.7-3.5％）导致贝氏体结构的形成。当Mn含量<1.5％时，是混合晶体和细化晶粒的效果，> 2.3％时，贝氏体的形成对锰的强度性能产生了显着影响。两者之间的锰含量由于混合晶体的唯一硬化而显示出不太明显的效果。含钒的微合金提高了强度，为此，单独或与晶粒细化作用一起导致沉淀硬化。钒的有效性可以通过增加氮含量而大大提高。钒氮微合金的晶粒细度显然可以归因于锻造过程中奥氏体中氮化钒的析出而阻碍了奥氏体晶粒的生长。这些钢的沉淀硬化可通过在铁素体或贝氏体中析出碳化钒或氮化钒来实现。氮有利于钒微合金钢的沉淀硬化。这可以归因于较细的氮化钒沉淀。钢中高达70％的总氮含量以氮化钒的形式排出。要求V / N比约为6-7。％为了研究钒和氮微合金化对不同锰含量的低碳钢，三组低碳钢（0.1在预锻和精锻温度为1200的热锻条件下设计并研究了锰含量（0.8％至3.5％），钒含量（最高0.17％）和氮含量（最高0.025％）的％C）和950℃。锰含量高达2.3％的钢显示出铁素体-珠光体组织，而锰含量从2.7％增至3.5％则导致贝氏体组织的形成。在较低的锰含量<1.5％时，由于固溶和晶粒细化作用，在较高的锰含量中，由于贝氏体的形成，在锰含量较高的情况下，发现了锰对钢力学性能的显着影响（<1.5％）。由于单独的固溶硬化，锰含量在1.5-2.3％的范围内效果不明显。钒微合金化通过单独的析出强化或析出强化和晶粒细化效果有效地提高了钢的强度。钒的有效性通过增加氮含量而大大提高。钒氮微合金的晶粒细化似乎是由于锻造过程中奥氏体中氮化钒的析出而抑制了奥氏体晶粒的生长。这些钢的沉淀强化是通过在铁素体或贝氏体中析出碳化钒和氮化物来实现的。

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