在普通碳鋼通常依靠加入碳來提高強(qiáng)度，這樣就造成了提高碳含量的同時(shí)必然降低鋼的塑性和韌性。使普碳鋼不能滿足強(qiáng)度與韌性的更好組合，由此人們開始研究不增加碳含量，加入其它元素來提高強(qiáng)度，也就是保持低碳鋼的韌性前提下，利用微合金化提高強(qiáng)度。此類鋼的綜合力學(xué)性能比低碳結(jié)構(gòu)鋼有很大的改善，而與普通合金鋼相比，其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再繼之以控制冷卻，才能使鋼的性能更佳，此類鋼使用之前一般不再進(jìn)行熱處理。微合金化元素在鋼中的作用主要是細(xì)化晶粒，阻礙再結(jié)晶進(jìn)行以及析出強(qiáng)化。

1 Nb的作用

　 在超低碳貝氏體鋼（ULCB）的整個(gè)發(fā)展過程中，微量Nb起著獨(dú)特的作用。這類鋼中C含量已經(jīng)降到0.05%，又不加入較多合金元素，因此強(qiáng)化主要靠位錯(cuò)強(qiáng)化，析出強(qiáng)化特別是組織強(qiáng)化。近年來的研究表明，微量Nb在超低碳貝氏體鋼（ULCB）中的作用，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

　　1）微量Nb抑制變形再結(jié)晶行為，加劇變形奧氏體中的應(yīng)變積累，大幅度提高相變前組織中的位錯(cuò)密度。超低碳貝氏體鋼（ULCB）的優(yōu)良綜合性能主要來自鋼的組織細(xì)化以及貝氏體中的高位錯(cuò)密度，再實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先需要在控軋過程中，在非再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)引入大量高密度畸變區(qū)，這些高密度畸變區(qū)在隨后的冷卻過程中成為相變核心，大幅度促進(jìn)相變組織細(xì)化。同時(shí)，要在發(fā)生切變形型貝氏體相變過程中，能把相當(dāng)一部分變形位錯(cuò)保留在貝氏體基體中，從而大幅度提高貝氏體基體強(qiáng)度。為了達(dá)到這一點(diǎn)，要求鋼種有相當(dāng)高的熱軋?jiān)俳Y(jié)晶終止溫度以及抑制冷卻時(shí)擴(kuò)散型鐵素體轉(zhuǎn)變的能力，合金成分設(shè)計(jì)充分考慮了Nb及Nb—B這方面的作用。

　　2）微量Nb與B、Cu的復(fù)合作用加快了誘導(dǎo)析出，穩(wěn)定變形位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。微量Nb加入貝氏體鋼中的第二個(gè)作用是，這類鋼高溫非再結(jié)晶軋制階段會(huì)應(yīng)變誘導(dǎo)形成極細(xì)的Nb（C、N）析出物。這些析出物主要析出在變形晶界及變形位錯(cuò)網(wǎng)上，它們阻礙了位錯(cuò)的恢復(fù)以及消失的過程，穩(wěn)定了位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，為隨后冷卻過程相變形核提供更多機(jī)會(huì)，同時(shí)組織新相的長(zhǎng)大，最終細(xì)化組織。實(shí)驗(yàn)研究表明當(dāng)Nb和B、Cu綜合加入時(shí)，它們的綜合作用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)析出過程加速，并且進(jìn)一步降低冷卻時(shí)的相變溫度，使最終組織進(jìn)一步細(xì)化。 

2 Cu的作用

　　對(duì)含Cu的超低碳硼鋼研究發(fā)現(xiàn)，Cu能顯著地降低B鋼的γ→α轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)采用爐冷時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度降低160℃，即使用最快的冷速，仍可使轉(zhuǎn)變溫度降低40℃，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cu在單獨(dú)作用時(shí)，對(duì)γ→α轉(zhuǎn)變只有中等程度的影響，轉(zhuǎn)變溫度降低的數(shù)值正比于Cu 的含量，大約1%的Cu使轉(zhuǎn)變溫度降低11℃，但是在Cu—B系的低碳B鋼中Cu和B的復(fù)合作用是很顯然的，實(shí)際上，它們的復(fù)合作用比（Mo+B）的復(fù)合作用還強(qiáng)的多。Cu作為合金元素加入到鋼中除了對(duì)相變點(diǎn)發(fā)生影響外，主要是依靠銅鋼的時(shí)效硬化作用來得到好的綜合性能。例如鋼中添加了大量的Cu時(shí)，依靠Cu的時(shí)效硬化，在對(duì)韌塑性沒有明顯損害的條件下，得到高強(qiáng)度。各國(guó)的銅鋼的Cu含量不同，例如我國(guó)常常采用范圍在0.08—0.80%，而美國(guó)加入的Cu量很高，可達(dá)2.0%左右。

3 B的作用

　　B加入鋼中的主要作用是提高淬透性，B對(duì)淬透性的有利作用是由于推遲了鐵素體的形核過程，但并不影響奧氏體或鐵素體基體的熱力學(xué)性能。超低碳貝氏體鋼(ULCB)主要利用B在貝氏體晶界上阻礙鐵素體的形核，從而推遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，提供一個(gè)很寬的范圍來形成貝氏體（甚至在空冷條件下）。同時(shí)，固溶B也促進(jìn)了控軋控冷后的細(xì)小貝氏體組織形成，這種細(xì)小的貝氏體內(nèi)含有較多的穩(wěn)定位錯(cuò)，形成時(shí)又繼承了奧氏體內(nèi)產(chǎn)生的形變位錯(cuò)，加工利用Nb、Ti、V等的析出強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度可達(dá)500—900MPa韌性也明顯高于普通低合金高強(qiáng)度鋼。B加入鋼中對(duì)奧氏體再結(jié)晶有阻礙作用，同時(shí)B加入Nb鋼中，由于B間隙固溶，而Nb為置換固溶，B加入相當(dāng)于增加了間隙原子的碳、氮等的有效濃度。因而促進(jìn)了沉淀析出。B加入鈮鈦微合金鋼中大大縮短了沉淀的孕育期。這是由于B的加入使鋼中增大了溶質(zhì)濃度積，并且由于非平衡偏聚的發(fā)生，這種增加在晶界和位錯(cuò)附近更為顯著。因而增加了沉淀析出動(dòng)力。

4 Ti的作用

　　對(duì)于硼鋼，硼可以增加鋼的淬透性，它除了與在鋼的含量有關(guān)外，還與其在鋼中的存在形式有關(guān)。而存在形式又受鋼中其他元素的制約。如氧和氮都對(duì)淬透性有強(qiáng)烈的影響。在鋼液中硼很容易和這兩種元素化合，而降低硼對(duì)淬透性的有效性。加入微量Ti的低碳鋼的沖擊韌性普遍較好，且隨著溫度升高，沖擊韌性值增大，但其沖擊韌性值變化幅度不大。微量的Ti可以有固氮護(hù)硼的作用，加入微量Ti可形成穩(wěn)定的氮化物而減少氮對(duì)硼淬透性作用的不良影響。

5 其他元素的作用

　　Ni：加入主要為了防止Cu鋼熱脆性同時(shí)增加腐蝕抗力。Mn、Mo：推遲多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，延遲貝氏體轉(zhuǎn)變。

6 超低碳貝氏體鋼（ULCB）再結(jié)晶行為的研究

　　由于此類鋼是一種微合金鋼，鋼中的幾種微合金元素對(duì)鋼材的性能有決定性作用，所以，關(guān)于微合金的研究，國(guó)際上多年來一直有很多工作。如用間斷壓縮方法和應(yīng)力弛豫等方法研究微合金元素尤其是B和Nb、Ti、V等加入超低碳鋼中的作用，以顯示結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能角度研究了各種微合金元素的加入對(duì)奧氏體再結(jié)晶和γ→α轉(zhuǎn)變影響后，認(rèn)為Nb細(xì)化晶粒的作用最強(qiáng)，而Nb和B的復(fù)合加入更明顯的阻礙了這類鋼的動(dòng)、靜態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。從而可得到強(qiáng)度韌性俱佳的細(xì)小貝氏體組織。從附圖可以看出，Nb和B的混合加入可以很大的提高再結(jié)晶停止溫度，也就是說，Nb和B可以有效的阻礙奧氏體再結(jié)晶。