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鈮即是一種強鐵素體形成元素，又是強碳氮化物形成元素。在長時間受熱時又易于形成金屬間化合物。所以鈮在厚壁不銹鋼管中的物理冶金很復(fù)雜。鈮在厚壁不銹鋼管中的作用決定于鈮的存在形式，自由鈮和炭﹑氮化物中的鈮含量決定于NbC﹑NbN﹑Nb(CN)的以溫度為函數(shù)的溶度積。

①固溶鈮對厚壁不銹鋼管的組織的影響

所有厚壁不銹鋼管都分布在有名的謝弗勒圖上。鋼種的位置由鋼的鎳﹑鉻當量所決定。鈮的鉻當量數(shù)為0.5。馬氏體沉淀硬化鋼中為2。日本厚壁不銹鋼管手冊中為1.75。用下式計算鉻當量：

Cr當量=Cr+2Si+1.5Mo+5V+5.5Al+1.75Nb+1.5Ti+0.75W

在估計Nb對相比例（鐵素體）的影響時，只考慮化學成分中的Nb是不全面的，還必須計算鈮的炭，氮化物所消耗的C﹑N的鎳當量數(shù)和化合物中的Nb。所以在炭，氮化合物形成溫度域內(nèi)，鈮對相比例的影響就復(fù)雜化了，要進行詳實的分析和計算。

鈮對馬氏體厚壁不銹鋼管除計算δ—鐵素體量外，還要計算馬氏體點Md的位置，對亞穩(wěn)奧氏體厚壁不銹鋼管還必須計算形變馬氏體點Md位置，才能預(yù)測材料基本組織與性能。

②厚壁不銹鋼管中的鈮的碳，氮化物

常見的NbC﹑NbN屬于面心立方組織，晶格常數(shù)a0分別為4.46A和4.38A。它們和基體形成較大的畸變共格。有人報道NbC有間隙缺陷呈Nb4C3結(jié)構(gòu)，因而氮原子容易填入形成Nb(CN)。NbN的穩(wěn)定性比NbC高。自由鈮的含量決定于鋼種和溫度。不同鋼類的溶度積公式如下：

Log[Nb][C]=-9350/T+4.55(18Cr-13Ni鋼)(1)

Log[Nb][C]=-8350/T+4.07(20Cr-25Ni鋼)(2)

Log[Nb][C]=-7900/T+3.43(17-4pm)(3)

Log[Nb][N]=-11600/T+4.84(含N鋼)(4)

Log[Nb][C+6/7N]=-6750/T+3.21（考慮C﹑N）(5)

Log[Nb][C]=-9.1(17-25Cr鐵素體鋼990℃時)(6)

海里斯指出NbC的溶解度隨厚壁不銹鋼管中的鎳量升高而加大。

不同鋼種采用相近似的公式進行估算，可對鋼的性能和熱加工時NbC﹑NbN的析出行為進行預(yù)測。

鈮的NbC﹑NbN和Nb(CN)的形成及其分量不僅僅與鈮的自身濃度有關(guān)，而與[C]﹑[N]同樣有關(guān)。就是說在高C﹑N的情況下，即使Nb很低，也會在很高的溫度下形成碳﹑氮化物沉淀。這對低碳﹑氮或超低碳含鈮厚壁不銹鋼管的發(fā)展至關(guān)重要，特別是改善含鈮奧氏體厚壁不銹鋼管的焊接性能是關(guān)鍵因素。

用上述公式，可估算固溶鈮對C﹑N的鎮(zhèn)定作用及其發(fā)揮作用的程度。

③金屬間化合物

厚壁不銹鋼管中常見的鈮的金屬間化合物有FeNbσ-相﹑Fe2Nb拉維斯相，不常見的有G相和m相，還有r’’相。

σ-相可用電子空位濃度預(yù)測

N v=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+5.66V+6.66Zr+10.66Nb

鈮的系數(shù)最大，強列形成σ元素。

當Nv〉2.52時，出現(xiàn)σ相。

鈮與C﹑N化合時，對σ相形成并不敏感，在高溫合金中常形成Ni3Al型r’’相。在高Cr鐵素體厚壁不銹鋼管中，Nb比Mo﹑Ti更能提高強度和硬度，過分促進脆化，但鈮有細化晶粒的作用，因而脆化和韌化相抵消。