普通碳素钢和微合金钢条件元素实验室研究情况
在国家973 “新一代钢铁材料重大基础研究” 项目中，以晶粒细化为主要手段来提高钢的性能，在研究过程中发现DIFT机制对组织和晶粒细化的作用十分明显，这一细化方法和原理已在我国几家钢厂进行了生产并供货，主要品种为普通碳素钢和微合金钢，目前已应用在汽车等行业。但变形诱导铁素体相变机制以及微合金元素Nb对耐候钢特别是铜磷系的耐候钢其晶粒细化作用如何以前研究的不是很多，本文试将近阶段的钢材研究成果进行总结。
试验选用本钢生产的在铁道车辆和集装箱行业大量使用的两种耐候钢，即工业大生产的09CuPCrNi和09CuPTiRE，同时分别在钢中添加微合金元素Nb，添加的Nb含量分别为（wt%）：09CuPCrNiNb钢－0.021~0.03%，09CuPTiRENb钢－0.017~0.03%。
应用DIFT机制，采取低温大压下工艺，精轧的开轧温度在850℃－820℃，卷曲温度在400℃－600℃，由坯厚40mm轧到3mm。不含Nb的09CuPCrNi和09CuPTiRE和含Nb的09CuPCrNi和09CuPTiRE其试验结果如下。
不含Nb的09CuPCrNi和09CuPTiRE的力学性能
钢厂常规生产的耐候钢，09CuPCrNi的屈服强度约为400MPa，09CuPTiRE的屈服强度约为345MPa。尽管在目前的试验中采取的工艺条件比较苛刻，一般的大工业生产无法实现，但通过与轧制后钢板的力学性能和铁素体晶粒尺寸相比较，钢板的强度和铁素体晶粒尺寸与大生产的耐候钢相比没有明显的改进。从铁素体晶粒尺寸看，经低温大压下后铁素体晶粒尺寸为6.8－10.2μm，与常规工业生产的耐候钢的晶粒尺寸（8－10μm）相比，细化的效果不太明显；轧制后09CuPCrNi钢屈服强度为430 MPa，09CuPTiRE钢屈服强度为350 MPa，比正常生产耐候钢的性能增加不多。可见，如果不改变耐候钢的成分设计，不添加微合金元素，即使在低温大压下这样苛刻的工艺条件下也无法较大幅度提高耐候钢的力学性能。
含Nb的09CuPCrNiNb和09CuPTiRENb力学性能
添加少量微合金元素Nb后，细化效果十分明显，钢的组织显著细化，铁素体的晶粒尺寸基本上都在3－5μm，钢板的强度显著提高，而且保持良好的韧性。与不含Nb的钢相比，在相同的工艺条件下，09CuPCrNiNb钢屈服强度为500 MPa，09CuPTiRENb钢屈服强度稳定达到400 MPa以上，比不含Nb的材料的强度提高50-100MPa，同时比工业大生产耐候钢的强度提高100MPa以上。如果工艺和组织控制合理，钢板的屈服强度达到450MPa级是完全有可能的。
超细组织高强度耐候钢板的焊接性
具有超细组织的09CuPTiRE-Nb高强度耐候钢板经焊接后，超细晶粒耐候钢焊接接头的强度不低于母材的强度。虽然在热影响区的外侧有小范围的软化区，但不会引起接头强度的下降。当采用较小的焊接热输入和多道焊时有利于提高焊缝及热影响区的冲击性能。超细晶粒耐候钢经过焊接热作用，热影响区粗晶区的组织随着焊接热输入的增加而明显变粗。
超细组织高强度耐大气腐蚀钢板的腐蚀性
采用周浸试验和盐雾试验两种方法对普通碳素钢Q235及超细组织高强度耐候钢板进行加速腐蚀试验。普通碳素钢Q235的腐蚀失重最高，是其它耐候钢的2倍以上，说明它的耐蚀性最差；其它几种钢如09CuPTiRE、09CuPTiRE-Nb、09CuPCrNi、09CuPCrNi-Nb的腐蚀失重有少量区别，但相差不多；而且RE耐候钢的耐蚀性高于含CrNi的耐候钢，说明在耐候钢中添加Nb对耐蚀性基本没有损害。通过对锈层表面组织的观察及锈层减薄的测量，含稀土RE的耐候钢与CrNi系耐候钢的锈层形貌有明显差异，关于Nb、RE以及晶粒尺寸对耐候钢耐蚀性的影响有待进一步研究。
综合以上关于含Nb耐候钢的实验室研究工作的进展，在原耐候钢的基础上添加少量微合金元素Nb，得到细晶组织，能够大幅度提高耐候钢的力学性能，而且其焊接性和耐蚀性都与原来的耐候钢相当或有所提高，证明这是一条满足新型铁道车辆用高强度耐候钢要求的合理而经济的工艺路线。
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