01
引言
釩是一種熔點高、密度低的稀有金屬(釩是V在十種高熔點金屬中，族元素中最輕的金屬也是最輕的金屬)。釩鈦磁鐵礦中大多數釩存在。釩在地殼中的存在量很小(質量比為0.023%)，但微量釩可以在鋼中發揮顯著的性能改善作用。
釩廣泛應用于冶金、化工、原子能、航空航天、農業、醫學等領域。然而，目前生產的釩大多應用于冶金行業，作為提高鋼性能的重要微合金元素和合金元素。在鋼中加入釩可以提高鋼的強度、韌性和塑性、工藝性能和使用性能。目前，釩廣泛應用于高強度熱軋帶肋鋼筋、高強度低合金鋼、微合金非調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼、超高強度鋼、模具鋼、高速鋼、馬氏體耐熱鋼、不銹鋼等鋼種。
02
釩在鋼中的行為及其主要作用
釩在鋼中的行為
釩在化學元素周期表中的位置決定了其化學性質。化學元素周期表位于第4位 周期、第VB族，其3d 層電子數為3，是強碳化物和氮化物的形成元素。釩具有體心立方結構，可在任何溫度下固溶于鋼中。鋼含有一定量的碳和氮，它們與釩化合，以碳化物、氮化物或碳氮化物的形式在鋼中沉淀。釩的固溶和沉淀會影響組織的演變，影響鋼的各種性能。
在氮含量低的情況下，奧氏體中碳氮化釩的溶解度積遠高于碳化鈮。在900℃此外，釩在奧氏體中的固溶性大于鐵素體，因此，釩的主要作用是γ/α鐵素體中的相間沉淀和沉淀強化。釩在鋼中的作用可以從固溶度積中認識到。
碳化釩和氮化釩在奧氏體中的溶解度
釩在鋼中的作用
釩在鋼中的主要作用是：
（1）細化鋼的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，降低過熱敏感性，提高鋼的強度和韌性。
（2）當在高溫溶入奧氏體時，增加鋼的淬透性；相反，如以碳化物存在時，卻會降低鋼的淬透性。
(3)提高淬火鋼的淬透性和回火穩定性，細化晶粒，產生二次硬化效果。
(4) 奧氏體中碳化釩和氮化釩的固溶度積較高。因此，在高溫下不易產生沉淀引起的裂紋，在凝固過程中，鋼坯裂紋的趨勢較小。
(5) 碳氮化釩沉淀溫度低，固溶于奧氏體，晶界遷移阻力低。這將有利于奧氏體再結晶，容易實施再結晶控軋，沿鋼材截面組織均勻。在較寬的溫度范圍內，可以得到均勻的再結晶晶粒，最終軋制溫度對機械性能影響不大。與其它微合金鋼和合金鋼相比，釩鋼的軋制阻力較小，與碳錳鋼相當。
(6) 沉淀在鐵素體或馬氏體中，產生沉淀強化作用，鐵素體中沉淀強化增量一般為50MPa～100MPa。提高鋼中氮含量可促進釩沉淀，獲得更大的沉淀強化效果。這是高強度熱軋帶肋鋼筋生產中的一項很好的技術，可以節約釩的使用，提高沉淀強化量。
(7) 釩與氮的結合力強，能形成氮化釩，有利于降低鋼的應變時效，這一特性對于經歷過冷變形的鋼筋在使用過程中非常重要。
(8) 在馬氏體鋼中添加釩可以提高鋼的抗回火軟化性能，使鋼在回火過程中保持馬氏體板條形狀，或在回火過程中沉淀碳化釩，產生二次硬化效果。
03
釩在鋼鐵工業中的應用
在鋼中加入釩一方面起到脫氧脫氮的作用，另一方面可以提高鋼的性能，最終達到降低生產成本或鋼材使用量的目的。目前釩絕大部分用作鋼的添加成分，以生產高強度低合金鋼、高速鋼、工具鋼、不銹鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。釩鋼具有強度高、韌性好、耐磨性好、耐腐蝕性好的特點。廣泛應用于機械制造、汽車、航空、鐵路運輸工具、橋梁等行業。
釩在高強度低合金鋼中的應用
大部分釩用于生產高強度低合金鋼。將釩添加到普通低合金鋼中，可以提高其正火后的強度、屈服比和低溫韌性，提高鋼的焊接性能，成為普通低合金鋼的理想合金元素。釩合金化技術也可用于低溫結構鋼，以提高鋼的強度和韌性。一般釩含量為0.04%～0.12%，個別達0.16%～0.25%。釩主要用于細化晶粒，提高合金結構鋼的強度。由于釩在一般熱處理條件下會降低鋼的淬透性，因此在結構鋼中通常與錳、鉻、鉬和鎢一兩種元素一起使用。釩在合金結構鋼中的含量一般為0.07%～0.30%，個別達0.40%～0.50%。
以高強度抗震鋼筋為例，HRB400、HRB釩微合金化技術已廣泛應用于500熱軋帶肋鋼筋。這種成熟的微合金化技術生產的高強度鋼筋具有良好的綜合性能，其主要優點是： 屈服強度不小于400MPa，抗拉強度不小于57 MPa；碳當量不大于0.50%焊接性能好，適用于各種焊接方法；強屈比(抗拉強度與屈服強度的比例)不小于1.25、強度與塑性配合良好，彎曲性能好；高應變低周疲勞性能，低應變時效敏感性和脆性轉變溫度，抗震性能好。
釩在合金工模具鋼中的應用
釩作為合金元素的主要應用領域是合金工模具鋼。
釩在合金工模具鋼中的應用
釩作為合金元素的主要應用領域之一是合金模具鋼。釩不僅細化了晶粒，降低了過熱敏感性，而且提高了回火的穩定性和耐磨性，從而延長了工模的使用壽命。常用的熱作模具鋼(H13)冷作模具鋼(D2)釩是主要的二次硬化元素。釩在工模鋼中的含量通常為0.波動在1%~5%范圍內；但也有釩含量較高的工模具鋼，如美國開發的A11冷工具鋼的釩含量達到9.75%。釩是高速工具鋼中不可缺少的合金元素之一。高速工具鋼一直是釩的主要消費鋼。釩在含鎢高速工具鋼中能阻止晶粒長大，提高鋼的紅硬性和切削能力，增大耐磨性，最終起到延長高速工具使用壽命的作用。
在德國，釩在工具鋼和高速鋼中的消耗占釩總消耗量的1/3 左右。含釩模具鋼占我國合金模具鋼(包括冷作、熱作、塑料模具鋼)產品產量的55%。我國高速工具鋼標準（GB/T9943-2008）中，所有19 所有鋼號均含釩，其釩的質量分數一般為1%~3%，少數特殊要求的高速鋼中釩的質量分數為5%。
合金工模具鋼和高速鋼對中國國家標準V質量分數要求/%
釩在耐熱鋼中的應用
釩可以在耐熱鋼中形成高度分散的碳化物和氮化物顆粒，在高溫下聚合生長非常緩慢，從而提高耐熱鋼的熱強度和抗蠕變性。
碳氮化釩的高溫沉淀顯著提高了鋼的高溫持久強度。因此，釩廣泛應用于電站耐熱鋼領域。在大多數耐熱鋼合金系統中添加V元素的添加量(質量分數)一般為0.15％～0.40％。
典型耐熱鋼合金成分體系(質量分數)
釩在不銹鋼中的應用
釩也廣泛應用于不銹鋼中。不銹鋼釩含量一般為0.1% ～1.5% 之間；其中UNS S42700Cr-Mo-V 馬氏體不銹鋼軸承鋼含有1.10%～1.30%的V，UNS S42800 Cr-Mo-V 馬氏體不銹鋼軸承鋼含有0.90%～1.15%的V，在馬氏體不銹鋼90Cr18MoV中含有0. 07%～0.12%的V。
釩在彈簧鋼中的應用
釩能提高彈簧鋼的抗彈性降低性能，提高彈簧鋼的強度和屈服比，特別是比例極限和彈性極限，降低熱處理過程中鋼的脫碳敏感性，提高鋼的冶金和表面質量。50鉻和釩配合使用CrVA 彈簧鋼是典型的高品質彈簧鋼品種，釩含量為0.10%～0.25%。30W4Cr2VA 鋼中含0.50%～0.制造工作溫度為500%的釩℃耐熱彈簧。
35SiMnB(a)和35SiMnVB(b)彈簧鋼等溫轉換曲線
釩在軸承鋼中的應用
自上個世紀以來，世界各國一直使用含鉻軸承鋼。我國獨創的GSiMnV、GSiMnMoV、GMn-MoVR含釩軸承鋼，含0.15%～0.30%釩。這些含釩軸承鋼具有較大的碳化物彌散性和良好的使用性能，使用壽命超過含鉻軸承鋼。但這些鋼脫碳傾向嚴重，加工性能差，需要改進。
釩在耐腐蝕合金中的應用
釩在Hastelloy 耐腐蝕合金在一定程度上得到了應用，Hastelloy B合金含≤0.60%V，Hastelloy C、HastelloyC22、Hastelloy C276 合金含≤0.35%V，Hastelloy N 合金含≤0.50% V，Hastelloy W 合金含≤0.60%V。
因為釩有一種促進生成的方法σ因此，在現代鎳基高溫合金中，除了現代鎳基高溫合金外，相的傾向很小程度上提高或不提高合金的強度或穩定性A286 合金含有（0.10～0.50）%V，IN100、IN731 合金含有1% 釩，ЭП220 合金含有0.5%～0.8%V另外，一般沒有應用。
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釩在鋼中的應用形式和添加方法
除在碳素工具鋼中加入不大于0.除05%以外，釩很少作為單一合金元素加入鋼中。
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釩在鋼中的應用形式和添加方法
在碳工具鋼中加入不超過0.除了05%，釩很少作為單一合金元素添加到鋼中。它總是與錳、鉻、鎢、鉬等其他合金元素一起使用。大大多以釩鐵的形式加入鋼中。釩氮合金由攀鋼生產VN12、VN16 與釩鐵合金可采用與釩鐵合金相同的加入方法，無需采取特殊措施。對于轉爐煉鋼工藝，如果不進行真空處理，通常是鋼的1/3 將釩氮合金直接加入鋼包中，出鋼后吹氬攪拌，保證釩氮合金充分熔化，成分均勻；如需真空處理，將釩氮合金加入鋼包中。釩氮的收獲率一般可分別保持在90%和60%以上。在滾珠鋼中，氮化物對其疲勞壽命危害很大，5μm氮化物對疲勞壽命的危害相當于20μm氧化物的危害通常不適合在釩氮合金中加入釩，除非氮能細化到1μm以下。研究表明，當氮化物尺寸細化到1時μm氮化物不況下，氮化物不，反而能起到細化晶粒、彌散強化的作用。來源：林易通推薦：軋機軸承號：DMD_bearing