V, Nb och Ti gav stålet bättre balans
Kinesiska materialforskare har jämfört fyra sätt att mikrolegera ett låglegerat 25CrNiMo-gjutstål. Kombinationen av vanadin, niob och titan gav den finaste och mest temperaturstabila kornstrukturen – och bidrog till en god kombination av hållfasthet och slagseghet.
Låglegerade gjutstål används bland annat i tunga maskiner och transportutrustning, där materialet behöver förena hög hållfasthet med god seghet. En kinesisk forskargrupp har undersökt hur olika kombinationer av vanadin, niob och titan påverkar mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna hos 25CrNiMo-stål.
Fyra varianter jämfördes: stål med vanadin, vanadin–niob, vanadin–titan respektive vanadin–niob–titan. Proverna härdades från temperaturer mellan 900 och 1 100 grader och anlöptes därefter vid 550 grader. Mikrostrukturen analyserades bland annat med elektronmikroskopi, medan egenskaperna undersöktes genom drag-, hårdhets- och Charpyprovning.
Tydligast blev skillnaden vid den högsta härdningstemperaturen. I stålet med enbart vanadin växte de tidigare austenitkornen till i genomsnitt 106,6 mikrometer vid 1 100 grader. I stålet med V–Nb–Ti stannade den genomsnittliga kornstorleken vid 15,22 mikrometer.
Förklaringen är att de tre ämnena bildar ett system av temperaturstabila, nanoskaliga utskiljningar, bland annat TiN, NbC och VC. Partiklarna samlas delvis vid korngränserna och hämmar deras rörelse. Titan bidrar framför allt till att stabilisera den finkorniga strukturen, medan vanadin och niob också medverkar till utskiljningshärdning.
Efter härdning vid 900 grader och anlöpning uppnådde V–Nb–Ti-stålet en draghållfasthet på 1 103 MPa, en sträckgräns på 1 073 MPa och en slagenergi på 47,6 joule. Vid högre härdningstemperaturer ökade hållfastheten först, men slagsegheten försämrades. Resultaten visar därför inte bara betydelsen av legeringssammansättningen, utan också behovet av att anpassa värmebehandlingen till den önskade balansen mellan hållfasthet och seghet.
Studien är genomförd på försöksmaterial under kontrollerade förhållanden. Forskarna har inte undersökt industriell tillverkning, utmattning, slitstyrka eller prestanda i verklig drift. Resultaten ger därför främst ett underlag för fortsatt material- och processutveckling.
Referens: Shiting Zhu, Fang Wang, Huiqin Chen, Shimeng Guo, Ning Li, Liujie Xu och Hua Hou: ”Multiscale investigation of grain boundary pinning behavior and strengthening-toughening effects by V–Nb–Ti complex microalloying in 25CrNiMo steel”, Journal of Materials Research and Technology, volym 43, 2026, sidorna 1940–1953. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2026.06.212