钒属于稀有金属，具有熔点高、密度小（钒是V族元素中最轻的金属，在十个高熔点金属中也是最轻的一个金属）的特点。大多数钒存在于钒钛磁铁矿中。钒在地壳中的存在量很小(质量比为0.023%)，但微量的钒在钢中却可发挥显著的性能改善作用。

钒在冶金工业、化学工业、原子能工业、航空航天工业、农业、医学等各个领域中有着非常广泛的应用。不过，现在生产的钒绝大多数还是应用在冶金工业中，将其作为钢中重要的微合金化元素和合金化元素来提高钢的性能。钢中添加钒可以提高钢的强度、改善钢的韧性和塑性，改善钢的工艺性能，提高钒钢制品的服役性能等。目前，钒广泛地应用于高强度热轧带肋钢筋、高强度低合金钢、微合金非调质钢、弹簧钢、轴承钢、超高强度钢、模具钢、高速钢、马氏体耐热钢、不锈钢等钢种中。

1、钒在钢中的行为及主要作用

钒在钢中的行为

钒在化学元素周期表中的位置决定了其化学性质。钒在化学元素周期表上位于第4 周期、第VB族，其3d 层电子数为3，是强碳化物和氮化物形成元素。钒具有体心立方结构，在任何温度都可以固溶在钢中。钢中含有一定量的碳和氮，它们会与钒化合，以碳化物、氮化物，或者碳氮化物形式在钢中析出。固溶和析出的钒会影响组织演变，这些组织特征将会影响到钢的各种性能。

在氮含量低的情况下，碳氮化钒在奥氏体中的溶解度积比碳化铌要高得多。在900℃以下，碳氮化钒可完全溶于奥氏体中，此外钒在奥氏体中的固溶度大于在铁素体中，因此，钒的主要作用是在γ/α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。从固溶度积就可以认识到钒在钢中的作用。

钒在钢中的主要作用是：

（1）细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低过热敏感性，并提高钢的强度和韧性。

（2）当在高温溶入奥氏体时，增加钢的淬透性；相反，如以碳化物存在时，却会降低钢的淬透性。

（3）增加淬火钢的淬透性和回火稳定性，细化晶粒，并产生二次硬化效应。

(4) 碳化钒和氮化钒在奥氏体中的固溶度积较高。因此，在高温时不易产生由于析出所导致的裂纹，在凝固过程中，钢坯出现裂纹的趋势较小。

(5) 碳氮化钒的析出温度较低，固溶在奥氏体中，晶界迁移的拖拽力低。这将有利于奥氏体再结晶，容易实施再结晶控轧，沿钢材截面组织均匀。在很宽的温度范围内，能得到均匀再结晶晶粒，终轧温度对力学性能影响不大。相比较其它微合金钢和合金钢而言，含钒钢的轧制抗力较小，与碳锰钢相当。

(6) 在铁素体或马氏体中析出，产生析出强化作用，一般在铁素体中的析出强化增量在50MPa～100MPa。通过提高钢中氮含量可以促进钒的析出，获得更大的析出强化效果。这在高强度热轧带肋钢筋的生产中是一项好技术，达到节约钒的使用量，提高析出强化量的作用。

(7) 钒与氮的结合力强，可以形成氮化钒，有利于减少钢材的应变时效，这一特性对于经历了冷变形的钢筋在服役过程中很重要。

(8) 马氏体钢中添加钒可以增大钢的抗回火软化性能，使钢在回火过程中保持马氏体板条形态，或者在回火过程中析出碳化钒，产生二次硬化效应。

2、钒在钢铁工业中的应用

在钢中加入钒一方面起脱氧与脱氮的作用，另一方面可改善钢的性能，最终达到降低生产成本或降低钢材使用量的目的。目前钒绝大部分用作钢的添加成分，以生产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢、弹簧钢、轴承钢等。钒钢具有强度大，韧性、耐磨性及耐蚀性好的特点。广泛用于机器制造、汽车、航空、铁路运输工具、桥梁等行业。

钒在高强度低合金钢中的应用

钒的很大一部分都用于生产高强度低合金钢。向普通低合金钢中添加钒，可提高其正火后的强度、屈服比及低温韧性，改善钢的焊接性能，因此成为普通低合金钢的一种比较理想的合金化元素。在低温结构钢中也可应用钒合金化技术来提高钢的强度和韧性。在普通高强度低合金钢中，一般钒含量为0.04%～0.12%，个别达到0.16%～0.25%。在合金结构钢中，钒主要用来细化晶粒和提高钢的强度。因为在一般热处理条件下钒会起到降低钢的淬透性的作用，所以在结构钢中，它通常是和锰、铬、钼和钨几种元素中的一种或两种配合使用。钒在合金结构钢中的含量一般为0.07%～0.30%，个别达到0.40%～0.50%。

以高强度抗震钢筋为例，HRB400、HRB500热轧带肋钢筋已经广泛采用钒微合金化技术。用这种成熟的微合金化技术生产的高强度钢筋具有良好的综合性能，其具有的主要优点是: 强度高，屈服强度不小于400MPa，抗拉强度不小于570 MPa；碳当量不大于0.50%，焊接性能好，适应各种焊接方法；强屈比(抗拉强度与屈服强度之比)不小于1.25；良好的强度与塑性配合，弯曲性能好；具有较高的高应变低周疲劳性能、较低的应变时效敏感性和脆性转变温度，抗震性能好。

钒在合金工模具钢中的应用

钒作为合金元素的一个主要应用领域是合金工模具钢。钒在合金工模具钢中，既细化晶粒、降低过热敏感性，又增加回火稳定性、耐磨性，从而延长工模具的使用寿命。在常用的热作模具钢(H13)和冷作模具钢(D2)中，钒是主要的二次硬化元素。钒在工模具钢中的含量通常在0.1%～5%的范围内波动；但也有钒含量更高的工模具钢，比如美国开发的A11冷作工具钢的钒含量竟达到9.75%。钒是高速工具钢中不可缺少的合金元素之一，高速工具钢一直以来都是钒的主要消费钢种。钒在含钨高速工具钢中能阻止晶粒长大，提高钢的红硬性和切削能力，增大耐磨性，最终起到延长高速工具使用寿命的作用。

在德国，钒在工具钢、高速钢中的消耗占钒消耗总量的1/3 左右。中国的合金模具钢（包括冷作、热作、塑料模具钢）产品中，含钒的模具钢材占模具钢材产量的55％。而在中国高速工具钢标准（GB/T9943-2008）中，所有19 个钢号均含有钒，其钒的质量分数通常在1％～3％，少数特殊要求的高速钢中钒的质量分数达到5％。

钒在耐热钢中的应用

钒在耐热钢中可形成高度弥散的碳化物和氮化物微粒，这些微粒在较高的温度下聚合长大极其缓慢，因而可以提高耐热钢的热强性和抗蠕变性。

碳氮化钒的高温析出显著提高钢的高温持久强度，因此,钒在电站用耐热钢领域有广泛应用。大多数耐热钢的合金体系中添加V元素，其加入量（质量分数）一般在0.15％～0.40％。

钒在不锈钢中的应用

钒在不锈钢中也有很多应用。在不锈钢中钒含量一般在0.1% ～1.5% 之间；其中UNS S42700Cr-Mo-V 马氏体不锈轴承钢含有1.10%～1.30%的V，UNS S42800 Cr-Mo-V 马氏体不锈轴承钢含有0.90%～1.15%的V，在马氏体不锈钢90Cr18MoV中含有0. 07%～0.12%的V。

钒在弹簧钢中的应用

钒能提高弹簧钢的抗弹性减退性能，提高弹簧钢的强度和屈服比，特别是比例极限和弹性极限，还可以降低热处理时钢的脱碳敏感性，从而提高钢的冶金和表面质量。铬和钒配合使用的50CrVA 弹簧钢是典型的高级优质弹簧钢品种，其钒含量为0.10%～0.25%。30W4Cr2VA 钢中含0.50%～0.80%钒，可用于制造工作温度为500℃的耐热弹簧。

钒在轴承钢中的应用

轴承钢自上世纪以来，世界各国一直沿用含铬轴承钢。我国独创的GSiMnV、GSiMnMoV、GMn-MoVR等含钒轴承钢，含0.15%～0.30%钒。这些含钒轴承钢的碳化物弥散度大，使用性能良好，用其制造的轴承的寿命超过含铬轴承钢制造的轴承。但这些钢脱碳倾向较严重，加工性能较差，尚有待改进。

钒在耐蚀合金中的应用

钒在Hastelloy 耐蚀合金中得到了一定程度的应用，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。

由于钒有一种促进生成σ相的倾向，很小程度提高或不提高合金的强度或稳定性，因而在现代镍基高温合金中，除A286 合金含有（0.10～0.50）%V，IN100、IN731 合金含有1% 钒，ЭП220 合金含有0.5%～0.8%V外，一般都没有得到应用。

3、钒在钢中的应用形式及加入方法

除在碳素工具钢中加入不大于0.05%的数量以外，钒很少作为单一合金元素加入钢中。它总是和其它合金元素，比如锰、铬、钨和钼等配合使用。

钒大部分以钒铁形式加入钢中。攀钢生产的钒氮合金VN12、VN16 在炼钢过程中可采用与钒铁合金相同的加入方法，不需要采取特殊措施。对于转炉炼钢工艺，如不经真空处理，通常在出钢1/3 时直接将钒氮合金加入钢包中，出钢完成后进行吹氩搅拌，以保证钒氮合金充分熔化和成分均匀；如需真空处理，则在真空处理过程中将钒氮合金加入钢包中。通常钒、氮的收得率可以分别保持在90%和60%以上。

在滚珠钢中，由于氮化物对其疲劳寿命危害极大，5μm大小的氮化物对疲劳寿命危害作用就相当于20μm氧化物的危害作用，通常不适于以钒氮合金形式向滚珠钢中加钒，除非能将氮化物细化到1μm以下。研究表明，当氮化物尺寸细化到1μm以下时，氮化物就不仅没有危害作用，反而可以起到细化晶粒和弥散强化的作用。