釩屬於稀有金屬，具有熔點高、密度小（釩是V族元素中最輕的金屬，在十個高熔點金屬中也是最輕的一個金屬）的特點。大多數釩存在於釩鈦磁鐵礦中。釩在地殼中的存在量很小(質量比為0.023%)，但微量的釩在鋼中卻可發揮顯著的性能改善作用。
釩在冶金工業、化學工業、原子能工業、航空航天工業、農業、醫學等各個領域中有著非常廣泛的應用。不過，現在生產的釩絕大多數還是應用在冶金工業中，將其作為鋼中重要的微合金化元素和合金化元素來提高鋼的性能。鋼中添加釩可以提高鋼的強度、改善鋼的韌性和塑性，改善鋼的工藝性能，提高釩鋼製品的服役性能等。目前，釩廣泛地應用於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、不鏽鋼等鋼種中。
01
釩在鋼中的行為及主要作用
釩在鋼中的行為
釩在化學元素週期表中的位置決定了其化學性質。釩在化學元素週期表上位於第4 週期、第VB族，其3d 層電子數為3，是強碳化物和氮化物形成元素。釩具有體心立方結構，在任何溫度都可以固溶在鋼中。鋼中含有一定量的碳和氮，它們會與釩化合，以碳化物、氮化物，或者碳氮化物形式在鋼中析出。固溶和析出的釩會影響組織演變，這些組織特徵將會影響到鋼的各種性能。
在氮含量低的情況下，碳氮化釩在奧氏體中的溶解度積比碳化鈮要高得多。在900℃以下，碳氮化釩可完全溶於奧氏體中，此外釩在奧氏體中的固溶度大於在鐵素體中，因此，釩的主要作用是在γ/α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化。從固溶度積就可以認識到釩在鋼中的作用。
奧氏體中碳化釩和氮化釩的溶解度
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，從而降低過熱敏感性，並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）增加淬火鋼的淬透性和回火穩定性，細化晶粒，併產生二次硬化效應。
(4) 碳化釩和氮化釩在奧氏體中的固溶度積較高。因此，在高溫時不易產生由於析出所導致的裂紋，在凝固過程中，鋼坯出現裂紋的趨勢較小。
(5) 碳氮化釩的析出溫度較低，固溶在奧氏體中，晶界遷移的拖拽力低。這將有利於奧氏體再結晶，容易實施再結晶控軋，沿鋼材截面組織均勻。在很寬的溫度範圍內，能得到均勻再結晶晶粒，終軋溫度對力學性能影響不大。相比較其它微合金鋼和合金鋼而言，含釩鋼的軋製抗力較小，與碳錳鋼相當。
(6) 在鐵素體或馬氏體中析出，產生析出強化作用，一般在鐵素體中的析出強化增量在50MPa～100MPa。通過提高鋼中氮含量可以促進釩的析出，獲得更大的析出強化效果。這在高強度熱軋帶肋鋼筋的生產中是一項好技術，達到節約釩的使用量，提高析出強化量的作用。
(7) 釩與氮的結合力強，可以形成氮化釩，有利於減少鋼材的應變時效，這一特性對於經歷了冷變形的鋼筋在服役過程中很重要。
(8) 馬氏體鋼中添加釩可以增大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態，或者在回火過程中析出碳化釩，產生二次硬化效應。
02
釩在鋼鐵工業中的應用
在鋼中加入釩一方面起脫氧與脫氮的作用，另一方面可改善鋼的性能，最終達到降低生產成本或降低鋼材使用量的目的。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、不鏽鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。釩鋼具有強度大，韌性、耐磨性及耐蝕性好的特點。廣泛用於機器製造、汽車、航空、鐵路運輸工具、橋樑等行業。
釩在高強度低合金鋼中的應用
釩的很大一部分都用於生產高強度低合金鋼。向普通低合金鋼中添加釩，可提高其正火後的強度、屈服比及低溫韌性，改善鋼的焊接性能，因此成為普通低合金鋼的一種比較理想的合金化元素。在低溫結構鋼中也可應用釩合金化技術來提高鋼的強度和韌性。在普通高強度低合金鋼中，一般釩含量為0.04%～0.12%，個別達到0.16%～0.25%。在合金結構鋼中，釩主要用來細化晶粒和提高鋼的強度。因為在一般熱處理條件下釩會起到降低鋼的淬透性的作用，所以在結構鋼中，它通常是和錳、鉻、鉬和鎢幾種元素中的一種或兩種配合使用。釩在合金結構鋼中的含量一般為0.07%～0.30%，個別達到0.40%～0.50%。
以高強度抗震鋼筋為例，HRB400、HRB500熱軋帶肋鋼筋已經廣泛採用釩微合金化技術。用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，其具有的主要優點是: 強度高，屈服強度不小於400MPa，抗拉強度不小於570 MPa；碳當量不大於0.50%，焊接性能好，適應各種焊接方法；強屈比(抗拉強度與屈服強度之比)不小於1.25；良好的強度與塑性配合，彎曲性能好；具有較高的高應變低周疲勞性能、較低的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
釩作為合金元素的一個主要應用領域是合金工模具鋼。釩在合金工模具鋼中，既細化晶粒、降低過熱敏感性，又增加回火穩定性、耐磨性，從而延長工模具的使用壽命。在常用的熱作模具鋼(H13)和冷作模具鋼(D2)中，釩是主要的二次硬化元素。釩在工模具鋼中的含量通常在0.1%～5%的範圍內波動；但也有釩含量更高的工模具鋼，比如美國開發的A11冷作工具鋼的釩含量竟達到9.75%。釩是高速工具鋼中不可缺少的合金元素之一，高速工具鋼一直以來都是釩的主要消費鋼種。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、高速鋼中的消耗佔釩消耗總量的1/3 左右。中國的合金模具鋼（包括冷作、熱作、塑料模具鋼）產品中，含釩的模具鋼材佔模具鋼材產量的55％。而在中國高速工具鋼標準（GB/T9943-2008）中，所有19 個鋼號均含有釩，其釩的質量分數通常在1％～3％，少數特殊要求的高速鋼中釩的質量分數達到5％。
中國國家標準中合金工模具鋼、高速鋼對V質量分數的要求/%
釩在耐熱鋼中的應用
釩在耐熱鋼中可形成高度彌散的碳化物和氮化物微粒，這些微粒在較高的溫度下聚合長大極其緩慢，因而可以提高耐熱鋼的熱強性和抗蠕變性。
碳氮化釩的高溫析出顯著提高鋼的高溫持久強度，因此,釩在電站用耐熱鋼領域有廣泛應用。大多數耐熱鋼的合金體系中添加V元素，其加入量（質量分數）一般在0.15％～0.40％。
典型耐熱鋼的合金成分體系（質量分數）
釩在不鏽鋼中的應用
釩在不鏽鋼中也有很多應用。在不鏽鋼中釩含量一般在0.1% ～1.5% 之間；其中UNS S42700Cr-Mo-V 馬氏體不鏽軸承鋼含有1.10%～1.30%的V，UNS S42800 Cr-Mo-V 馬氏體不鏽軸承鋼含有0.90%～1.15%的V，在馬氏體不鏽鋼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減退性能，提高彈簧鋼的強度和屈服比，特別是比例極限和彈性極限，還可以降低熱處理時鋼的脫碳敏感性，從而提高鋼的冶金和表面質量。鉻和釩配合使用的50CrVA 彈簧鋼是典型的高級優質彈簧鋼品種，其釩含量為0.10%～0.25%。30W4Cr2VA 鋼中含0.50%～0.80%釩，可用於製造工作溫度為500℃的耐熱彈簧。
35SiMnB(a)和35SiMnVB(b)彈簧鋼的等溫轉變曲線
釩在軸承鋼中的應用
軸承鋼自上世紀以來，世界各國一直沿用含鉻軸承鋼。我國獨創的GSiMnV、GSiMnMoV、GMn-MoVR等含釩軸承鋼，含0.15%～0.30%釩。這些含釩軸承鋼的碳化物彌散度大，使用性能良好，用其製造的軸承的壽命超過含鉻軸承鋼製造的軸承。但這些鋼脫碳傾向較嚴重，加工性能較差，尚有待改進。
釩在耐蝕合金中的應用
釩在Hastelloy 耐蝕合金中得到了一定程度的應用，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。
由於釩有一種促進生成σ相的傾向，很小程度提高或不提高合金的強度或穩定性，因而在現代鎳基高溫合金中，除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外，一般都沒有得到應用。
03
釩在鋼中的應用形式及加入方法
除在碳素工具鋼中加入不大於0.05%的數量以外，釩很少作為單一合金元素加入鋼中。它總是和其它合金元素，比如錳、鉻、鎢和鉬等配合使用。
釩大部分以釩鐵形式加入鋼中。攀鋼生產的釩氮合金VN12、VN16 在鍊鋼過程中可採用與釩鐵合金相同的加入方法，不需要採取特殊措施。對於轉爐鍊鋼工藝，如不經真空處理，通常在出鋼1/3 時直接將釩氮合金加入鋼包中，出鋼完成後進行吹氬攪拌，以保證釩氮合金充分熔化和成分均勻；如需真空處理，則在真空處理過程中將釩氮合金加入鋼包中。通常釩、氮的收得率可以分別保持在90%和60%以上。
在滾珠鋼中，由於氮化物對其疲勞壽命危害極大，5μm大小的氮化物對疲勞壽命危害作用就相當於20μm氧化物的危害作用，通常不適於以釩氮合金形式向滾珠鋼中加釩，除非能將氮化物細化到1μm以下。研究表明，當氮化物尺寸細化到1μm以下時，氮化物就不僅沒有危害作用，反而可以起到細化晶粒和彌散強化的作用。
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