微合金化钢的生产技术要点
管线用钢的生产技术
1 管线用钢
制造石油、天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷，称为管线用钢（steel for pipeline）。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。国内拥有60万吨／年口径在1800mm以内的螺旋焊管的生产能力，近年已建立了口径在1600mm以内的直缝厚壁焊管的生产线。国内能生产符合AP15L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，首推宝钢，还有鞍钢、武钢、攀钢、酒钢、舞钢等，稳定生产X60—X65级管线钢并在国际市场上占有一定的地位，试生产的X70级管线钢质量也达到了国际先进水平。
2 国内外油气管线建设现状
近50年欧洲共辅设输气管线241条，消费钢材达503万吨，采用X65和X70级管线钢占89%；输油管线33条，用钢量26万吨，X65—X70级管材为40%。北美在1969—1998年间新建油气管线中X70级钢材占到55.25%。迄今为止，全球已建成X80级输气管线8条，总长462Km，管径f1118—f1219，壁厚在
12.0—13.6mm。并已研制成功X90和X100级管线用钢。
我国油气管线建设进入第二个高峰期，今后10年内油气开发的规模将超过以往50年。将铺设输油管7540Km，输气管线14570Km，约需X42—X65级管线钢508万吨，中俄输油管线工程及另外4条国际输气管的境内部分长度在12385Km。西气东输工程管材选X70级，设计输气压力为10Mpa，按管径f1016、壁厚14.7mm 估算，需管线钢175万吨左右。
3 管线钢的技术要求
现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近20多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、低包申格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。优化的生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性。C≤0.09%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.002%，并采取微合金化，真空脱气+CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷却等工艺。管线钢的性能十分稳定，X70级屈服强度和抗拉强度的波动值小于70Mpa，抗HIC钢的冲击功波动值在70J左右。国内外管线规范中没有对管线用钢材的韧性指标，仅对管材有具体要求：
① 最低使有温度下（-5℃）DWTT≥85%SA；
② 最低使用温度下（-5℃）夏比冲击吸收功≥145J。
造船用钢的生产技术
1 造船用钢
建造民用或军用船舶的钢铁材料，都称之为造船用钢。有钢板、型材、管材、铸锻件等等。但习惯上造船用钢仅指船舶壳体用的钢板，有一般强度造船钢板、高强度造船钢板和海军舰艇壳体用钢板三大类别。
2 造船用钢的技术要求
① 对强度的要求。较高的强度可以减少船体的重量，减少焊接工作量，增大承载能力。高强度钢的采用又受到船体刚性和耐蚀性的制约。
② 船体线形较为复杂，有多类型的单曲线或双曲面，要采用冷、热弯及矫正等多种成形操作，要求钢材对造船工艺的适应性，还包括在焊接和修补。
③ 对塑性和韧性的要求足以补偿由于建造过程中各种操作的加工硬化和热循环对材质的影响。对于艏柱、船体纵弯应力最大的部位、船底及舷部止裂板等重要部位，要求高的抗裂性，要求在低温条件下具有较低的延一脆性转变温度和足够的冲击吸收功。
④ 耐海水腐蚀性。
3 造船用钢的需求
进入90年代，国际海运量的增长高于运力的增量，船舶市场新船建造和旧船成交活跃，头5年新船交易达3200万排水吨位。我国仅船舶工业总公司系统共造船676万吨，后5年可再造350—400万吨。占世界造船量1／10。
我国造船业已能建造28万吨级油轮、15万吨级散货轮、1200吨钻井平台、4200m3LPG船、3000m3液化气船及全程自控高速水翼船。
国内涉及造船的船舶公司、交通部和农业部的造船能力在600万吨左右。可为冶金、电力、石化、水电、煤炭、城建及轻工等行业建造24大类数千种非船舶产品。但生产能力略低于日本的1400万吨和韩国的1300万吨。
目前造船钢材年需量在200万吨，其中造船钢板在100—120万吨左右。国内基本可以生产四个钢材品种、五个级别的船板。240Mpa级一般强度船板需求仍是主要的，450、600Mpa级高强度船板亦能生产。
4 造船用钢生产技术要点
① 对于A、D级船板洁净度要求≤0.008s、≤0.015P、E级要求≤0.005%S、≤0.010%P、F级要求
≤0.002%S，≤0.005%P。对于海军舰艇用钢板为保证NDT≤－550C，要求≤0.002%S、≤0.005%P，≤40ppmN、≤10ppmO和≤1.0ppmH。精炼工序是必不可少的。
② A、D级可以采用热轧、控轧交货，E和F级允许正火处理或热机械轧制状态使用。
必须要区分控轧和热机械轧制的差距，现标准规定不具备热处理条件就不能生产E级和F级船板。
③ 钢的质量要求，还包括对外形方面和尺寸精度的要求，超声波探伤的要求及性能稳定性的要求。
目前国内几乎所有有轧板条件的钢厂都已通过论证，可以生产一般强度的A、B、D级船板。
但一般船板的E级和高强度级船板仅限于鞍钢、武钢、舞钢、浦钢和重钢生产。
桥梁用钢的生产技术
1 桥梁用钢
这里所说的桥梁用钢单指大型箱梁结构公路桥和铁路桥栓焊结构用的钢板或型材，不包括悬索和吊缆用的钢丝绳、栓焊梁用的高强度螺栓用钢。
2 桥梁用钢特点
在20世纪50年代，桥梁建造由铆接结构向焊接结构过渡，对桥梁用钢的要求有了很大的变化，主要有几个方面：较高强度，良好的焊接性，良好的断口和时效性能，较高的低周疲劳性能，以及较好的耐大气腐蚀性。历史上曾采用3%的铬钢或镍钢来造桥，在使用低合金高强度钢之后，桥梁用钢的屈服强度由230Mpa逐步升级提高到抗拉强度590Mpa级和785Mpa级的调质热处理型的钢材，国外一些大气耐腐蚀钢也有被用于建造桥梁，如日本的SMA570。美国的Corten钢等。
3 桥梁用钢的需求
在50年代我国采用345Mpa级的CXЛ-1钢建造了武汉长江大桥，60—80年代基本上采用同一强度等级的16Mnq钢建造了南京长江大桥等一批栓焊结构桥梁，直至90年代的京九线上第一次选用了440Mpa级的 15MnVNq钢建造九江长江大桥。微合金化一控轧钢的应用开启了我国现代桥梁用钢新的一页。StE355钢用于上海黄浦江的南浦、杨浦和徐浦大桥，14MnNbq钢用于芜湖长江大桥，武汉长江二桥和南京长江二桥。
我国平均年建一般公路8500Km，高速公路1300Km。单跨400m以上的公路桥梁8座。在铁路建设方面，包括东—西部通道，西—南部通道和国际铁路工程，合计将新建改造线路达10000余Km，仅线路上的桥梁建设，需桥梁用钢15万吨。据预测在2001—2005年期间，对桥梁用钢板的需求在23—25万吨之间。
4 桥梁用钢生产的技术要点
桥梁钢有耐候钢和非耐候钢的区分，还是以非耐候钢为主，典型的钢种牌号有16Mnq，15MnVNq，14MnNbq，SM490。SM520，SM590B、C、ASTMA709，STE355、STE380、STE420等。国内应用的发展趋向看、铁路桥主要用14MnNbq，公路的悬索桥和斜拉桥主要选择STE355，这两个牌号都属于含Nb，微合金化钢。
不论转炉或电炉冶炼，都要求炉外精炼，洁净度要求不很高，但要保证≤0.010%S.≤0.02%P。
在性能上要求较小的波动范围。Nb-Ti复合微合金化（14MnNbq）和Nb-V-（Mo）复合微合金化，既能达到120～160J的冲击吸收功和低于－45℃的零塑性转变温度，而且具有较优良的抗时效性能，对于桥梁用钢是十分重要的。
高层钢结构建筑用钢的生产技术
1 高层钢结构建筑用钢
自50年代起，高层建筑已成为国际上城市建筑的发展趋势。我国的建筑规范也在发展，尤其是在改革开放以来，高层建筑成为城市现代化的标志，由钢筋混凝土结构，钢筋混凝土—钢混合结构、向钢结构过渡。钢结构建筑采用专用钢板和型材，由于技术要求和生产工艺的特殊性，形成一个特殊的钢材品种，统称为高层钢结构建筑用钢。
2 我国高层钢结构建筑现状
我国民用现代高层钢结构建筑，自1985年起步，至今已建成或正在建设的约有30栋，已结构完工的高度294.1m的深圳地王大厦和高365m的上海金茂大厦是目前我国高层钢结构建筑之最，总用钢量分别为1.2万吨和1.4万吨。
我国台湾省76年以前，供住宅使用建筑物高度不超过20m，77年放宽至200m，71年以后，采用抗震钢材和框架斜撑结构，至今已完工16栋。台北市新光人寿大厦1990年建，50层，用钢量2.0万吨，高雄市国际广场1993年峻工，85层、用钢量5.8万吨。
3 钢结构基本技术要求
① 高层钢结构建筑受力复杂，要求安全可靠，能够抵抗突发灾害(如水、火、地震、风暴等)。因此，除了有足够的屈服强度和抗拉强度外，还要求具有低的屈强比、良好的冷变形能力和高的塑性变形功，在局部超载失稳的情况下不发生瞬间的断裂。
② 具有良好的焊接性
③ 良好的断裂韧性
④ 厚度40mm以上焊接连接梁柱节点用钢要求抗层状撕裂性能
4 高层钢结构建筑用钢技术要点
我国这一专用钢材品种的生产起步较晚，目前已形成的舞钢和浦钢为主的板材生产基地和以马钢、鞍钢为主的H型材生产基地，主要钢材牌号有Q345B、Q345B—Z8.5、SM400B、SM490B、SM490B—Z25、及ASTMA572／A572M Gr50等。
① 舞钢采用超高功率电炉冶炼—LF／VD炉外精练—连铸或模铸—4200轧机—热处理的流程。产品用于天津云顶大厦、上海信息枢纽大厦、大连云山大厦、厦门国际会展中心。
② 浦钢采用由宝钢TDS铁水预脱硫—转炉冶炼—cas-OB／RH-OB精炼—连铸的钢坯由本厂的4200／3500轧机轧板—双步进梁式热处理炉的工艺流程。产品亦已成功用于建造大连远洋大厦、深圳世贸大厦、天津国贸大厦及长春光大银行。
③ 马钢：H型材生产采用由德国和美国引进的多机架万能H型钢轧机。具有较高自动化程度。马钢、鞍钢和莱钢的总设计能力为140万吨。可以生产100—700mm的产品。目前腹高超过700mm窄翼缘系列和翼缘宽超过400mm的宽翼缘系列还不能生产，而这些规格在铁路桥梁，海上石油平台上使用比例很高。
5 建筑用钢特别要求
① 高层钢结构建筑承受风荷的作用，层间位移角为1／400，约为钢筋混凝土结构的一倍。在地震作用下，层间位移角为1／250，约为钢筋混凝土结构的两倍。以上海浦东金融大厦为例，风荷位移角为1／533，北京中国国贸中心的地震位移角为1／266。
② 一般建筑钢材在3000C以下屈服强度基本上稳定，在500℃和600℃时，屈服强度分别为常温下的
0.48和0.27%。提高钢的耐火性十分重要，远比采用防火涂料和增加防火层结构要省工、省料、增加了建筑的有效使用面积，又减少了环境污染。日本和美国已设定对耐火钢的指标要求，600℃、1—3小时内，屈服强度大于常温下的2／3.
现有经验表明，针状铁素体和贝氐体组织的钢具有高温强度的稳定性。采取添加Mo、Mo-Nb、降低Mn，可以有效提高耐火性。
③ 广泛采用轻钢建筑彩涂钢板
汽车用钢的生产技术
汽车制造工业是一个国家综合国力的标志。大力发展我国的汽车生产，将汔车制造业列为支住产业是我国自“八五”以来的经济发展目标之一。计划在2000年汽车总产量270万辆，汽车保用量达2210—2320万辆，至2010年分别为600万辆和4400—5000万辆。如何实现汽车用钢的国产化，提高汽车用钢的质量就成为一个关键问题。
1 汽车用钢
汽车制造主要采用钢铁材料，通常所说的汽车用钢指的是三大类别：
① 汽车大梁用钢
② 汽车滚型车轮用钢
③ 冲压薄钢板
各类载重汽车主要采用高强度冲压钢板制造底盘的纵梁、横梁和保险杠；车轮的轮辋和轮辐一般采用热轧板，轿车生产则以冷轧或热轧薄板为主，又以热镀锌薄板占主要部分。目前发展的超轻型轿车需要高强度可深冲的板材，高级轿车要求IF钢及无指纹钢板。而农用汽车系列则需要耐用钢板，强度级别和精度不是主要目标。
2 汽车板的基本要求
除了对于结构材料必需的强度和塑韧比外，还需满足：
① 良好的成形性能，能冲压成形，耐皱不裂。
② 良好的刚性和抗凹陷性，在冲撞情况下最大限度地吸收能量。
③ 良好的耐腐蚀性，对于轿车要求5年不锈、10年不穿孔。
④ 良好的焊接性，保证在线的高效焊接和装配。
⑤ 良好的喷涂性，对涂镀层的极好附属力。
⑥ 较高的尺寸精度和表面质量。是自动生产线的需求，也是高质量汽车的需要。
3 常规车型用钢
汽车通常采用热轧碳素钢板，高强度低合金钢板，热轧薄板，冷轧薄板，热镀锌板，电镀锌板，镀铝板，镀铬板，彩涂板和不锈钢板等。
目前汽车板品种的发展趋势在4个方面：
① 超深冲级和特超深冲级的薄板，第三代冲压用钢的主要是超低碳无间隙原子钢的生产。
② 为满足现有优良冲压成形性，又具有足够刚度、抗凹陷性及耐腐蚀性的全部烘烤硬化钢生产。
③ 合金化处理的镀锌板生产，提高耐蚀性。
④ 高亮度镜面板的生产，改善汽车面板的平坦度，反光性和润滑性。
4 汽车板生产的技术要点
以冲压或成形汽车板为例：
① 通过铁水预处理、精选废钢及钢包精炼的工艺技术保证S、P、N、O、H的总量低于100ppm。
② 低碳或超低碳，转炉复吹和真空脱气技术可使钢的碳含量低于10ppm。
③ 微合金化元素的含量控制在0.02%以内。
④ 高强度钢板为保证优良的综合性能，有条件的情况下采取多阶段强制冷却工艺。
④ 讲究冷轧板的退火工艺，达到力学性能的最大均匀性。
集装箱用钢的生产技术
1 集装箱用钢主要特点
集装箱运输是当今世界主要的现代化运输方式，随着国际贸易的活跃，多式联运的发展、大陆桥的沟通，发展集装箱运输愈来愈重要。我国集装箱制造业起步较晚，但发展很快，拥有制造厂约40家。1993
年产量即占世界首位，1997年产量为100万个标准箱。占世界总产量的70%。集装箱制造主要钢铁材料包括钢板、槽钢、方管、主角铸件。
1997年我国生产集装箱用各类钢材110万吨，国产钢板30万，进口采用钢板40万吨。近年由宝钢和武钢开发一系列集装箱用耐候钢板和非耐候钢板，钢板自给率已达到75%，用于Corten箱和半Corten箱。随着高技术含量，高附加值的冷藏箱、保温箱、罐式箱、可折叠式平架箱等品种的开发，增加了对耐磨蚀钢，耐低温钢的需求。
2 集装箱用钢生产技术要求
对集装箱用面板主要有三项要求：
① 足够的抗凹陷、抗损伤性。
② 较好的耐腐蚀性、尤其要求耐海洋大气的腐蚀。
③ 良好的加工性能，要求可焊性、可成形。
广泛采用Corten钢的原因就在于屈服强度比碳素钢高40%，能承受较大的撞击力，不出现凹痕和划伤，表面油漆附着性好。裸露Corten钢在海运中在相当长的时间内不会腐蚀。
宝钢自1996年以来已生产集装箱用钢材30万吨以上，开发了普通经济型Cu—p耐候钢、高耐候性钢和高焊接性钢三种类型。武钢开发了集装箱制造专用的耐候钢，具有30万吨／年生产能力。
工程机械用钢的生产技术
1 工程机械用钢
矿山开采和各类工程施工用的设备，如钻机、电炉、电动轮翻斗车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重设备及煤矿液压支架等机械装备总称为工程机械。这些机机械的制造，所需的焊接结构部件用材、通常称为工程机械用钢，属于焊接高强度钢范畴。工程机械用钢还可包括型材、履带板、耐磨铸钢、钢绳和钢绞线等。
2000年各类工程机械对高强度钢板的需求量见表22，大致需求的年增长量12—15%，预测2005年和2010年分别消费140万吨和220万吨。
2 对工程机械用钢的技术要求
工程机械用钢板基本上有两大类，一是焊接高强度钢板，二是高硬度高耐磨损板。
对于焊接高强度钢，用于工程机械的主要结构，承受复杂多变的周期载荷，因此要求钢材具有高的屈服强度和疲劳极限，良好冲击韧性、冷成形性和优良的焊接性能。随着工程机械向大型化和轻型化方向发展，又要求节省能源和延长寿命，所以要求钢材更高的强度级别，板厚由6mm至50mm，甚至达200mm。强度板由400Mpa至1200Mpa，使用状态包括热轧、正火、调质、时效等不同类型。
高硬度高耐磨钢主要用于工程机械的耐磨部件，如装载机的斗板，翻斗车的衬底板、挖掘机的铲齿，要求钢材的表面硬度有HB235—500的不同级别，所以这类钢往往是以淬火+回火调质状态交付使用。并按实际使用硬度和板厚来选择钢种和牌号。
在钢的生产汽车用钢技术方面，前一类在包括强度的同时，要提高韧性、为此要以较低碳含量和焊接碳当量，着眼于钢的合合化和热处理工艺；后一类不讲究高的焊接性。注重钢的固溶强化机制和硬质析出相的晶体结构类型及在钢中的弥散分布。
3 近年工程机械用钢的发展
① 随着炼钢工艺和装备的更新，新的合金设计和工艺参数得以实现，如深脱氧和钛处理工艺，薄板坯连铸的应用。
② 采用微合金化，Nb微合金钢的热机械处理得以最广泛的推广应用。
③ 含硼钢的轧后直接淬火技术的应用，已生产出980Mpa级焊接高强度钢和1080Mpa级可焊耐磨钢。
微合金钢 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti 等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。 微合金化钢的基本属性：(1)添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 (2)这些元素加进量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化。 (3)钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫作新型低合金高强度钢的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相承，是微合金化钢设计和生产的重要条件。 因此说，微合金化钢是指化学成分规范上明确列进需加进一种或几种碳氮化物形成元素的钢。如GB/T 1591—94中Q295一Q460的钢，对其中Nb、V、Ti的含量通常有以下规定： (1)Nb，0.015％～0.06％； (2)V，0.02％～0.15％(0.20％)； (3)Ti，0.02％～0.20％。 同时规定Nb+V+Ti≤0.15％。微合金化的高强度低合金钢。 它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。 典型的微合金钢有15MnVN和06MnNb。微合金钢中含有一种或几种微合金元素，其含量大约在0.01％～0.20％之间。 微合金钢由于屈服强度高、韧性好、焊接性和耐大气腐蚀性好，可用于大型桥梁建筑，制造各类车辆的冲压构件、安全构件、抗疲劳零件及焊接件，它也是锅炉、高压容器、输油和输气管线，以及工业和民用建筑的理想材料。 关于微合金钢中Nb的析出对变形诱导铁素体相变的影响有两种不同观点:一是认为在变形过程Nb通过动态析出消耗形变储能而抑制变形诱导铁素体相变; 微合金钢就是这些“高技术钢材”中用量最大的一种。 处理办法：微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10—20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42—X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢（主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内）产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业最富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了： ①低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和最新成就。 ②低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通
微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？ 在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。 碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。提高温度会增加氮化物的分数比例。钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。 1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。变形使析出过程的孕育时间大大缩短。 2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的 3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。 微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？ 当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。 微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？ 钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并
大断面V、Ce、Nb微合金化低碳钢的力学性能M. Ya. Belkin, V. P. Krivosheev, V. M. Belkin, V. T. Alekseenko and L. L. Litvinenko 近些年来，作为具有高延性、低应力集中敏感性、低脆性断裂倾向性以及有良好工艺性能的低碳钢材料引起人们了兴趣[1]。提高低碳钢的强度，同时保持或者改善其脆性的问题已经出现，众所周知，解决这一问题的一个办法就是微合金化。我们这里提供锭重达68吨的大锻件低碳钢的力学性能研究的一些结果。 钢号为25的2个锭是按照标准条件在一个真空除气的酸性炉内生产的，一个锭是没有添加微合金化元素的，另一个锭是添加了Nb、V和Ce等微合金化元素，微合金化元素添加量是按照推荐值选择的[2, 3]。铌微合金化是在沸腾阶段添加铌铁的，钒是以钒铁形式在预脱氧之后加入的，最后的脱氧是在真空中1635℃下进行的，铈是以铈铁粉末形式在真空腔内模具即将立起来的时候加入的。为了避免铈铁损耗，套筒的温度没有超高100℃。最后的真空除气是在1590℃下进行的，剩下的熔炼和浇铸步骤与标准的过程是一致的。 两个锭的平均化学成分如表1所示。 为了确定锭的力学性能，我们在三个道次上都准备了2个三步锻件，它们重达44吨，长度为12m，在三个步骤时的直径分别为900、750和600mm。热处理包括正火和高温回火(标准热处理)，随后将锻件切割成段，在长度方向和横向上取试样做抗拉强度和冲击弯曲实验，我们还确定了钢的疲劳强度和脆性断裂倾向。静态和疲劳实验样品是在锻件的不同部位截取的(表面处、半径上距表面1/3处以及中心处)。疲劳实验是在20～25个试样上(图1a和b)按照载荷分步变化进行的[1-4]，应力集中(图1b)是由实验机的夹钳产生的，试验是在MUI-6000型实验机上进行的，可以对称弯曲弧面，N=106。 表1 成分, % 钢 C Mn Si Ni S P V Nb Ce 0.650.320.210.0200.017——— 25# 0.24 25#微合金化钢0.22 0.700.180.130.0200.0180.13 0.10 0.01 从锻件表层到心部的样品脆性断裂抗力取做临界平面应变应力强度因子KIC，该因子是由技术和机械建筑中心科学研究所(TsNIITMASh)发展的动态方法来确定的[5]。
图2 黑匣子温度测定曲线 Fig.2 Curve of temperature determination in black box (2)升温试验过程中,加热炉各段供热能力均有30%～40%的富余量,说明炉子的供热能力不是限制炉子产量的原因1而是板坯水梁黑印温度差超标,限制了炉子的出钢速度,使炉子未能达到设计的产量1通过非水印和移动水印中心温度曲线比较可看出,在预热段、一加热段,后者的升温速度比前者稍高,而一进入高温的二加热段,前者的升温速度加快,而后者由于水梁的影响升温速度变慢,这样的情况一直持续到出炉,约占50%的在炉时间1说明支撑梁交错点的位置设计不当,在进入高温段直到出钢口,板坯移动水印处始终处于受支撑梁遮蔽的状态,不能接受下加热的炉气辐射热,造成温度偏低,从而成为限制炉子产量的主要原因1也说明,象这样采用前后交错式步进结构的加热炉,其交错点应布置在二加热段和均热段即2个高温段之间,才能起到降低水管黑印的目的1 4 结束语 运用温度数据记录仪对加热的钢坯进行在线温 度测定,其结果不但可以为加热炉计算机数学模型 的编制提供可靠的数据,还可以对加热炉热工工艺 制度进行优化,同时也可对加热炉的结构提出更加 合理的设计方案1 参考文献: [1] 王秉铨,等1工业炉设计手册[M]1北京:机械工业出 版社,19961 知识窗 什么是微合金化技术、微合金化钢 微合金化技术是20世纪70年代在国际冶金界出现的新型冶金学科1微合金化钢是采用 现代冶金生产流程生产的高技术钢铁产品1它是在普通的低碳C2Mn钢中添加微量(通常小于011%)的强碳氮化物形成元素(如:铌、钒、钛等)进行合金化,通过高纯洁度的冶炼工艺(脱气、 脱硫及夹杂物形态控制)炼钢,在加工过程中施以控制轧制/控制冷却等新工艺,通过控制细化 钢的晶粒和碳氮化物沉淀强化的物理冶金过程,在热轧状态下获得高强度、高韧性、高可焊接 性、良好的成型性能等最佳机械性能配合的工程结构材料—微合金化钢。 摘录自《中国冶金报》2001204204(3) 513 张 宇等:钢坯在线温度测定方法及结果的研究 ? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. https://www.doczj.com/doc/ba15043066.html,
微合金化技术的开发与应用 中信微合金化技术中心专家委员会 王祖滨 （2000年11月） 1． 开发微合金化技术的重要意义 在不久前召开的第四届国际低合金高强度钢会议（HSLA Steel '２０００）的一篇特邀报告（W.B.Morrison）中写道，过去半世纪中，钢铁材料最重要的发展无疑要数低合金高强度钢。在１９８４年，有人估计世界低合金高强度钢的产量约为５千万吨，并将以每年５％的速度增长。而目前的估计约为８千万吨，相当于世界钢产量的十分之一，这与当时的预测是很接近的。作者认为，低合金高强度钢普及之快的原因在微合金元素Nb、V、Ti的合理和经济的使用。虽然并不是所有的低合金高强度钢都进行微合金化，但是由于微合金化对提高低碳结构钢强度的显著作用，在不少场合往往把微合金钢和低合金高强度钢等同起来。应该指出，目前微合金化已经不仅用于以板带材为主，以供应状态直接供用户使用的低合金高强度钢，而且在线材、钢筋、钢轨以及锻材方面广泛应用。专家预测，在即将到来的２１世纪中，微合金化的低合金高强度钢不仅在用量上有大幅度增长以及在广阔的用途上取代碳素钢，而且微合金化可以作为一种能降低成本，符合可持续发展要求又能促进技术进步的手段来开发综合性能更好的钢铁产品。 ２. 微合金化技术的原理 众所周知，传统的低合金高强度钢采用固溶强化机制，加入的合金元素Mn、Si、Ni、Cu、Cr等元素大约在百分之一、二的数量级。增加含量不仅不能提高强度，而且使其他性能恶化。根据文献资料，V、Ti等元素在本世纪初即已开始使用，而Nb在本世纪中发现有较大储量后也开始用于钢铁产品。它们的加入量分别在千分之一、二甚至万分之几的数量级。数量虽小，但是由于它们的作用机制不清楚，产品性能不稳定，甚至牺牲塑性、韧性这样一些重要结构材料性能，而未受到重视。这个局面直到进行了大量研究工作，对微合金钢的物理冶金有了深入的理解以后才有根本变化。理解这些问题的关键是Petch发现的晶粒尺寸与强度及断裂性能之间的定量关系。这个关系式能区分微合金化元素的不同作用并加以定量化，而且早期的研究即已表明，主要是碳化物及氮化物的形成而引起晶粒细化和析出强化，这是这些微合金化元素强烈影响性能的原因所在。 用Al来细化钢的晶粒从而改善钢的强、韧性，已有半个多世纪的历史。从广泛意义上讲，微合金元素有七、八种，但是，研究得最多、用得最广的是Nb、V、Ti。微合金元素与钢中的Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ形成多种化合物，从而对性能产生多种影响。微合金元素能够影响的显微组织参数是晶粒尺寸和形状；各种尺寸的析出物；位错密度；织构演变；非金属夹杂物的尺寸和形状。对微合金钢来说主要是晶粒细化和析出强化。 晶粒细化是不同强化机制中唯一的既能提高强度又能降低脆性韧性温度的方法。微合金元素通过析出质点在从冶炼凝固过程到焊接加热、冷却过程中影响晶粒成核和晶界迁移来影响晶粒尺寸。对在加热过程中抑制奥氏体晶粒长大最为强烈的是Ｔｉ，依次为Nb、Ａｌ和Ｖ。但是从加入量来说，在控轧和正火钢中Ｎｂ用比较低的含量，即现在常用的0.03%左右即能起显著的作用。Nb对晶粒细化的独特影响表现在它对奥氏体再结晶有强烈的延迟作用。用0.03%Nb即可将完全再结晶所需的最低温度提高到９５０℃左右，从而显著降低控轧对轧机负荷的要求。由于Ｔｉ在连铸冷却条件下生成弥散的ＴｉＮ，对阻止奥氏体晶粒细化有很强的效果，８０年代初，开发了一种V-Ti-N微合金钢，适合在高温区细化晶粒的再结晶控轧工艺，为不能进行低温轧制的老式低轧制力的轧机进行控轧开辟了途径。最近的研究表明Nb-Mo 系钢也适合此种工艺。近年来，在钢板，特别是厚板的焊接中，为了提高效率，广泛使用大线能量。这种措施对焊接热影响区韧性极为不利。由于ＴｉＮ熔点很高，在焊接热影响区都能抑制晶粒长大，所以加微量Ti0.03％能显著改善热影响区韧性。
试论我国钢的微合金化技术发展方向 https://www.doczj.com/doc/ba15043066.html, 发布：2006-12-17 17:50:02 来自：模具网浏览：次 中信微合金化技术中心东涛付俊岩 近年我国钢铁行业的技术改造，在社会对钢材需求发展的拉动之下，呈现意料之外的加速趋势，强烈冀求缩小与国际冶金技术发展的差距。尤为可喜的是，国内对钢的微合金化技术和微合金化钢的发展方向、目标和对策已取得了广泛共识。本文试图就其论题的几个基本方面阐明自己的看法。 1、微合金化钢的概念和定位 化学元素周期表3~4周期的Ⅲ~Ⅴ副族元素具有极强的化合能力，通常称之为微合金化元素的多数指的是铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti），有时还包括钼（Mo）、硼（B）及稀土（RE）。应当说，除了其中的铌以外，都是我国储量丰富、其产量在世界上占有重要地位的元素，尤其是钒、钛和稀土。 微合金化元素在钢中的应用的基本原理（见表1）在于其在钢中的固溶、偏聚和沉淀作用，尤其是微合金化元素与碳、氮交互作用，产生了诸如晶粒细化、析出强化、再结晶控制、夹杂物改性等一系列的次生作用，这些因素对钢的强韧化所起的作用被广泛地应用于各类钢铁产品。
钢的微合金化最为突出的技术进展是在称为微合金化钢的开拓，其原因不仅在于改进工艺、降低成本的需要，主要是大大改善了钢的力学性能和使用工艺特性。微合金化钢定义为低合金高强度钢范畴，或者说是新一代低合金钢；钢中假如Nb、V、Ti元素的总和不超过0.15%；在钢加热-冷却和形变过程中其碳氮化物具有溶解-析出行为，对钢的物理、化学性质和力学性能有明显的影响；通常在热机械处理（包括控轧控冷）状态下作为工程和机械结构用材或冷冲压用材；典型的应用领域为油气输送管线、桥梁、船舶、工程机械、输电线塔、高层建筑、汽车、铁道以及电站、码头；全世界微合金化钢的产量在1.0~1.2亿吨。 2、我国微合金化技术的进步与差距 从1975年第1届国际微合金化会议至1995年的第2届会议，国际冶金界对钢的微合金化的理论价值取得了共识，对在传统的低合金高强度钢基础上研发微合金化钢有了广泛的兴趣。近1/4世纪以来的冶金工艺技术有了突飞猛进的进展，如高质量铁源、铁水预处理、转炉顶底复吹强化冶炼、炉外二次冶金及真空处理、高效连铸、薄板坯连铸连轧、热机械处理等一系列技术开发，使微合金化钢的发展如虎添翼，尤其是钢的微合金化与控制轧制技术相结合，成为20世纪世界钢铁业的重大技术进展之一，对产业技术革命和社会发展产生了不可估量的推助作用。 我国自1979年引入钢的微合金化技术的20余年来，经历了三个不同的进展阶段，这是一个由启蒙、低级至高级的发展过程： （1）用微合金化技术改造我国原有的低合金高强度钢体系； （2）微合金化技术与控轧控冷技术的结合，开发市场急需的微合金化钢新品种； （3）微合金化技术在新一代钢铁材料研发中的应用。 据调查，我国在微合金化技术领域的进步是十分显著的，目前国内微合金化钢的生产者和使用者对微合金化效果认知状况大致如表2所示。2001年我国Nb、V、Ti微合金化钢产量已达470万吨，占同期粗钢总产量的5.5%，占低合金高强度钢产量的59%，可见微合金化钢在低合金高强度钢类中所处地位和发展趋势。其中铌钢近三年的年增长率达50%，产量已超过V、Ti的微合金化钢，成为了微合金化钢