先进钢铁材料及其制备加工技术3

先进钢铁材料及其制备加工技术2011年9月第三章微合金化技术微合金化元素及发展历史微合金化元素在钢中的存在形式及其作用控制轧制和控制冷却技术微合金钢和微合金化技术的实际应用HSLA钢工艺技术的新进展3.1微合金化元素合金化的物理本质是通过元素的固溶和固态反应，影响组织和微结构，从而在金属中获得期望的性能。“微合金化”：这些元素在钢中含量很低，通常低于0.1%，但不同于不需要的残余元素，而是有目的的加入，以改善钢材的性能。在钢中实际可利用的微合金碳氮化物也主要是钒、钛、铌有效合理利用微合金化元素，可以通过形变热处理来提高高强度低合金钢的强度和韧性。因此，理解这些元素的基本行为，如溶解性、碳氮化物的析出及对奥氏体的延迟等是非常重要的。微合金化技术的应用各种微合金化元素应用的年代1801年发现Nb，但真正将Nb作为微合金元素应用于钢铁工业在1965年微合金化元素

微合金化的历史元素含量%国家日期屈服强度N/mm²钒钒铌铌钛0.1-0.20.10.02-0.030.005-0.050.1-0.2美国德国美国英国德国191619451959年前19591921275~345>390325~115350~425260~550

Nb的发现及其两次命名史1801年11月26日英国化学家CharlesHatchett发现并命名为Columbus-钶.1802年12月瑞典化学家爱克伯又发现一新金属，命名为钽金属－Tantalum，寓意“旦塔勒斯”神的苦恼。1809年化学家们发现钶和钽的性质极其相似，难以辨认又经常伴生在一起，对钽和钶是二种不同的还是同一种元素问题发生了一场长达35年的争论。1844年，德国化学家罗斯（H.Rose）的研究证明：钽和钶是二种不同的元素。他以为又发现一种新元素，其性质和钽又很相近，并把它以希腊神话中旦塔勒斯神女儿的名字尼俄伯（Niobe）命名为铌－Niobium。1865年，,经过许多科学家的努力，才验证了钽和铌是二种不同的元素，并首先测定了钽和铌的原子量。1903年，美国波士顿从钽铌矿中用化学法萃取分离，得到纯度高于99%的钽和铌金属。1951年国际理论与应用化学协会命名委员会，正式决定统一采用铌作为该元素的名称－Niobium，

铌的名字来于希腊神话，旦塔勒斯神的女儿尼俄伯是眼泪女神。尼俄伯的眼泪成为冶金工作者的喜悦之泪。作为微合金化元素，铌是进步和成就的象征－对铌的科学技术未来发展予示着一个好的预兆。1801年英国化学家查里斯，哈契特首次发现铌元素1925年,铌首次在工具钢中加铌代替部分钨W1933年,铌首次在奥氏体不锈钢做晶间稳定化元素1940年代,铌首次被用于高温合金生产汽轮机部件1954年，在巴西ARAXA发现巨大烧绿石铌矿资源1957年，美国第一次成功试验生产了含铌管线钢中厚钢板和宽带钢材1959年，美国镍公司合金部正式宣布含5.5%Nb的718高温合金的诞生1959年，英国做了含铌0.015%的中厚板的实验，并生产了470兆巴强度的含铌的钢梁1963年，伦敦,“碳钢的冶金技术发展”国际会议-第一次铌钢学术会议。1965年,巴西,CBMM公司开始为世界钢铁工业提供的标准铌铁1960年代，欧美等国在试验室进行控制轧制（CR）技术的研究开发1963年，瑞典人Norén先于美国船结构协会第一次使用“微合金化元素”这个词。1970年，纽伦堡,“高强度低合金钢”国际学术会议1972年，克利夫兰,“低碳钢加工和性能”国际学术会议--会议强调钢中大力降碳的趋势，确认铌作为微合金化元素的重要地位，1970年代，欧美日等国,采用Nb微合金化和控制轧制(CR)技术生产X52-X60-65管线钢1975年，华盛顿,“微合金化‘75”

国际学术会议–微合金化技术发展的里程碑1977年,CBMM在英国伦敦材料学院设立“查理斯,哈切特铌科学技术的优秀论文奖”铌在微合金化技术的发展史相关的一些重要事件(1)1980年代，欧美日等国,加速冷却技术(ACC)在高强度钢广泛应用,1981年,旧金山,CBMM主办的一次“铌”-国际学术会议”1983年，费城-“高强度低合金钢“国际会议-会议对HSLA钢和微合金化钢(MA)术语是同义词达成共识1985/90/95/2000/2005年，北京-“HSLA钢-冶金与应用”国际学术会议1990/1994/2000年,德国/日本/美国,三次“IF钢”国际学术会议1995年,匹兹堡,“微合金化‘95”

国际学术会议1980－1990年代，欧美日等国,在线直接淬火（DQ）技术的广泛应用1988/1997/2000/2003/年，惠灵顿等地召开四次-Thermec’97国际学术会议1998年，德国.阿亨-“冷加工用现代低碳与超低碳薄板钢”国际会议1998年，SanSebastian,“钢中微合金化技术”国际学术会议-提出21世记技术发展新方向2001年,奥兰多,“铌-科学与技术”国际学术会议2002年，巴西-ARAXA,“铌在高温领域的应用”国际会议2003年，巴西,ARAXA,“HTP高温轧制工艺技术”国际会议

-低碳高铌(0.03%C-0.09%Nb)-X80抗H2S管线钢2005年11，巴西ARAXA,“含铌微合金化钢在汽车工业的应用”国际学术会议铌在微合金化技术的发展史相关的一些重要事件(2)铌的应用领域铌是高技术高附加值钢材的重要合金化元素60-70年代，钢铁工业为应对OPEC引发的能源危机，首先在管线钢中采用铌微合金化技术，并很快扩展到其他HSLA钢的板带材。1980年以后，微合金化技术扩展到热处理长型材产品：棒线，型材，锻件，调质钢及铸钢等。并开发了微合金非调质钢等新型钢材品种。InnovateRespectCompete铌铁应用领域在不断发展（欧洲）世界铌的需求量在增长（Nbx1.000吨)Fe－Nb在主要钢铁国家的消耗强度，克／吨粗钢，中国钢铁工业2004年为13克／吨粗钢，2005年上半年上升到23.7克／吨粗钢

鞍钢，宝钢，武钢，舞阳等钢厂的Nb-Fe消耗强度已接近国际发达国家水平中国2004年2005年日本[Japan]汽车用钢

50.4%[Automobile]其它

17.9%

Others]工具钢

9.8%[ToolSteel]管线钢

9.7%[Linepipe]热处理的钢12.2%[HeatTreated]德国[Germany]工具钢

29.9%

[ToolSteel]铸钢

3.6%[Castings]不锈钢

0.4%[Stainless]结构钢

30.3%

[Structural]高速钢

4.1%[HighSpeed]碳素钢

29.0%[CarbonSteel]不锈钢&耐热钢

2.4%[Stainless&HeatResistant]

低合金高强度钢

34.0%[HSLA]合金钢

29.5%[FullAlloy]工具钢

5.3%[ToolSteel]钢

[Steel]91.5%其它

[Other]8.5%钒在钢铁材料领域中的应用－91.5%用于钢铁工业日本世界钒消耗/生产吨钢，公斤／吨钢[VanadiumConsumption/TonneofSteelProduced]0.020.040.060.0819701980199020002010年

[Year]公斤钒/吨钢[kgV/TonneSteel]

西方

['West‘]世界[World]注意：西方=除中国，苏联，东欧以外的世界其它国家[N.B.‘West’=WorldlessChina,RussiaandEasternEurope]中国2004年钒单位消耗量为40.1克／吨钢中国世界钒的消耗在增长[VanadiumConsumption]0500010000150002000025000300003500040000450005000019701980199020002010年

[Year]钒的消耗，吨[VanadiumConsumed,Tonnes]西方

['West‘]世界

[World]注意：西方=除中国，苏联，东欧以外的世界其它国家[N.B.‘West’=WorldlessChina,RussiaandEasternEurope]中国2004年共消耗金属釩1.08万吨，占世界总消耗量的1／53.2微合金化元素在钢中的存在形式

及其作用Nb、V、Ti在钢中存在形式有两种：固溶和化合物其中，化合物形态有两种（1）未溶的化合物（一般为Nb/Ti的化合物），其尺寸较大，对晶粒细化作用不大；（2）加工过程中及冷却过程中析出的化合物，高温析出时能够抑制再结晶并阻止晶粒长大，低温析出起沉淀强化作用。固溶微合金元素作用：溶质“拖曳”微合金元素化合物作用：“钉扎”晶界、阻止位错运动微合金碳氮化物一般认为，Nb、V、Ti的碳化物和氮化物都是面心立方结构，晶格常数相差很小，彼此可以互溶。因此，微合金碳、氮化物可以以复合形态存在。

理想化学配比的Nb、V、Ti的碳化物和氮化物点阵常数：化合物NbCNbNTiCTiNVCVN点阵常数nm0.447020.43900.432850.42400.41900.4090碳氮化物的晶格常数直接影响沉淀强化效果微合金化技术微合金碳氮化物作用

阻止奥氏体再结晶和晶粒长大基体中析出，起沉淀强化的作用固定碳和氮，减弱（甚至消除）其对塑韧性的危害。根据沉淀强化的Orowan机制，微合金碳氮化物沉淀强化，其强化效果基本正比于微合金碳氮化物颗粒体积分数的二分之一次方并大致反比于颗粒尺寸，微合金碳氮化物颗粒的尺寸的影响远大于其体积分数的影响，颗粒尺寸越小，沉淀强化效果越好。

微合金元素在钢中的固溶度微合金碳氮化物能否在铁基体中保持固溶的状态，由特定的固溶度积来确定。当固溶的合金元素很少时，碳氮化物MpCq在固溶体中的固溶度积可用下述公式来相当准确地表述：式中，[]符号表示某元素处于固溶态的重量百分数，T为绝对温度，A/B为常数，且B为正值。分析碳氮化物在奥氏体中固溶度的方法人们采用各种方法研究得到在奥氏体中的固溶度积公式，仅碳化铌在奥氏体中的固溶度积公式就有十多个。主要采用的方法有以下六种：（A）热力学计算（B）析出物的化学相分离（C）气体平衡法（D）硬度测量法（E）统计处理已有溶度积结果（F）原子探针直接测量法等。常见微合金碳氮化物在奥氏体中的固溶度积比较NbC、NbN与AlN、VN、TiC的固溶度积相差不大；TiN固溶度积最小，约小3个数量级；VC固溶度积最大，约大2个数量级。铌的碳化物和氮化物在奥氏体中的固溶度相差不大微合金碳氮化物在铁素体中的固溶度积一般，合金元素在奥氏体中的溶解度比在铁素体中要高。由于微合金元素在铁素体中的溶解度过于微小，试验中难以准确测定，故只能采用热力学数据推导微合金碳氮化物在铁素体中固溶度积公式。常见微合金碳氮化物在铁素体中的固溶度积公式组系溶度积Ti-CV-CV-NNb-CNb-N800℃常见微合金碳化物

在奥氏体和铁素体中溶解度极限的比较碳化物NbCTiCVC溶度积奥氏体中铁素体中奥氏体中铁素体中奥氏体中铁素体中[M][C]×1048.9×10-54.5×10-61.7×10-43.0×10-57.9×10-31.1×10-3微合金化元素的作用

Nb、Ti、V等微合金化元素对微观组织结构的影响基本作用

固溶作用

偏聚作用

与C、N、S、P的交互作用和固定它们的作用

沉淀次生作用

硫化物形状控制

晶粒细化

沉淀强化

热影响区（HAZ）韧性控制

淬硬性提高

IF状态

再结晶控制

织构的发展

晶界强化

在搪瓷时成为H陷阱

在镀锌时控制扩散主要产品热轧的冷轧的微合金热轧后析出强化正火后析出强化影响热轧过程的再结晶正火时细化晶粒高温奥氏体化过程中细化晶粒影响热轧后的相变特性钒碳化钒氮化钒碳化钒--氮化钒----铌碳氮化铌--铌碳氮化铌碳氮化铌--铌钛碳化钛碳化钛--碳化钛氮化钛--微合金化元素的作用及应用

三种微合金化元素作用对比

铌、钒、钛、铝对奥氏体晶粒长大的影响Ti显著提高晶粒粗化温度，对控制奥氏体晶粒长大最有效三种微合金化元素作用对比Nb对非再结晶控轧起有效作用，V钢容易实现再结晶控轧

细化晶粒作用

金属组织细化对强度的影响铌，钒，钛析出强化增量的比较图：总结了微合金化元素Ti,V,Nb在铁素体中产生的析出强化潜力对比。共格质点和铁原子之间的晶格常数差别越大，在碳氮化物析出质点周围产生的应力场也越大。和V相比，要达到相同的强化效果用1/2的铌就可以了。加工变形可促进析出倾向。NbC的最大析出强化效果是在低碳钢中或高温热加工后才能实现。溶于奥氏体中的钒则可以在铁素体中产生佷强的析出强化效果。Nb,V,Ti复合微合金化的钢中，化合物的尺寸和成分差异很大。共格析出铌钛钒微合金化元素对再结晶的推迟作用铌是提高奥氏体再结晶温度的最有效微合金化元素。钢中碳含量越低，铌的溶解度越大，随着钢中固溶铌含量增加，可在较高的温度下推迟奥氏体的再结晶，控制轧制可在高温未再结晶区和低轧制负荷下进行，扁平化奥氏体为奥氏体向铁素体转变提供最大的铁素体形核位置，获得最大细化晶粒的强韧化效果。固溶铌可推迟奥氏体向铁素体转变，促进贝氏体的形成，提高贝氏体／针状铁素体的体积分量，完全再结晶所需要的最低温度，CNb

V

TiAl

初始溶质含量％HTP低碳高铌钢高温轧制工艺特点Nb,V,Ti-析出和晶粒细化对HSLA钢机械性能作用对比铌钒钛具有各自的特点：（溶解度积和物理性能的差异）钛的特点：形成高温下稳定的氮化物，抑制晶粒长大形成TIN消除钢中的自由氮，改善钢的韧性，并间接提高铌的作用钛有对硫化物形态的控制作用钒的特点：在奥氏体中几乎不形成VC析出物。在奥氏体/铁素体相转变过程中或之后可大量析出细小的V(C,N)碳氮化物，尤其在较高碳含量和高氮含量的钢中作用更突出。铌的特点：铌是最有效的细化晶粒的微合金化元素（在热加工和热处理过程中控制奥氏体晶粒长大）铌在热机械轧制时的奥氏体变形过程中推迟再结晶而产生晶粒细化溶质拖曳作用（铌最有效）--在道次间隔时防止晶粒长大，阻止再结晶开始由于铌在奥氏体中溶解度的限制，铌在一定程度上受到限制固溶鈮有控制相变得作用推迟奥氏体向铁素体转变，可促进低碳贝氏体形成复合微合金化（Nb-V，Nb-Ti）通常是最佳的合金设计方案Nb,V,Ti作为微合金化元素在钢中的作用3.3热机械控制技术-TMCPTMCP（ThermoMechanicalControlProcess）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。

TMCP的四个阶段以及不同阶段的组织变化热机械处理过程中微合金碳氮化物的析出方式热机械加工过程中，微合金碳氮化物析出方式

在轧制过程中从奥氏体中形核析出在相变过程中形核于界面处（相间沉淀）在最后冷却过程中从过饱和铁素体中析出不同微合金碳化物在奥氏体中完全溶解的时间与温度的关系Lg[M]

[C+12/14N]=A-B/T

铌的碳化物和碳氮化物的溶解度

与传统工艺相比较的热机械处理示意图TMP-热机械轧制；L-L处理(中间淬火)；R-热轧；AC-加速冷却；

CR-控制轧制；N-正火；DQ-直接淬火；RQ-传统加热淬火；T-回火

Schematicillustrationofaustenitemicrostructureresultingfromvariousdeformationconditions

不同的变形条件下得到的奥氏体组织示意图完全再结晶部分再结晶非再结晶开始抑制再结晶

在再结晶温度上下变形的奥氏体组织及相应的Sv表达式

注：上标GB、DB、TB与NPD代表晶界、变形带、孪生 晶界及平面缺陷对Sv的贡献大小。再结晶控制轧制(RCR)钢的合金设计降低再结晶停止温度控制轧制的温度处于高温奥氏体区以TiN为原始奥氏体细化剂，以Nb(CN)强化铁素体以Nb(CN)钉扎晶界，以Mo在晶界偏聚产生的拖拽作用传统控制轧制(CCR)钢的合金设计提高再结晶停止温度，扩大非再结晶奥氏体区控制轧制的温度相当于钢的正火温度区间TiN析出温度对延缓静态再结晶温度范围太高VN、VC析出对延缓静态再结晶温度范围太低NbC析出最为理想，钉扎奥氏体晶界铁素体控轧的应用低碳和超低碳钢，具有较高的Ar3-Ar1区间这类钢在铁素体区变形抗力较小适用于超薄带轧制(0.8-1.2mm)适用于生产高强度热轧带钢NbC的体积分量和质点尺寸对析出强化产生的屈服强度增量的影响富化γ→α生核细化γ→α转变生核的细化晶粒作用的主要影响因素包括：相变前奥氏体的形变储存能相变前奥氏体的晶粒尺寸轧后的冷却速度合金元素的影响热轧材中，γ→α相变前的奥氏体刚刚经历了形变，若形变后奥氏体晶粒立即发生了完全的再结晶，则此时奥氏体晶粒内基本上没有形变储存能，就如V-Ti-N钢高温再结晶轧制属于这一情况，与正火加热态的奥氏体相同，大致遵循同样的γ→α相变规律。若轧制形变后奥氏体晶粒未发生再结晶，则晶粒将存在形变储存能，这种形变储存能在γ→α相变时释放出来，由此必然对相变过程产生明显的影响，非再结晶控轧属于这种情况。储存能与变形功(形变量)之间的关系

转变温度对铁素体-珠光体、贝氏体和马氏体强度的影响

不同精轧温度下屈服强度与转变温度的关系

热机械工艺过程中铌的不同作用示意图微合金化与TMCP工艺的应用

热连轧板

Nb+CR+ACCNb-V、Nb-Ti复合+CR+ACC

厚板

V-Ti(N)微合金化与RCR+ACCNb微合金化与第三代TMCP工艺高强度CSP带钢

V-N微合金化

Nb-V复合微合金化

长形材

V、V-N微合金化

企业认可的微合金化效果及普遍问题注：

——影响显著；——有效；o——不明显项目微合金化元素NbVTi强韧化效果晶粒细化

析出强化

o固氮效果o

控轧操作性

o控冷有效性

o普遍问题强度难控制o

o合金化程度oo

浇注困难oo

铸坯裂纹

oo综合性能

钢的微合金化的核心机制钢的微合金化——八项理论内容微合金化元素的细晶化机制；微合金化元素的碳氮化物的溶解—析出行为；微合金钢热变形过程的物理冶金因素；合金设计新概念，再结晶轧制/正常化轧制；轧后加速冷却及组织控制；合金设计——工艺选择——性能预测以晶粒细化强化表征的强韧性表达式；以析出强化表征的强韧性表达式；微合金化元素Nb、V、Ti的定量分析；微合金化元素碳氮化物萃取，颗粒度及其在钢中的分布。3.4微合金钢和微合金化技术的实际应用定义合金钢合金钢指含有大量使钢的机械或物理性能发生变化的合金元素（不包括碳以及通常允许量的锰、硅等）的钢种低合金钢高强度低合金钢指含小于3.5%合金化元素（如2.25%铬、1%钼）钢种，钢的屈服强度大于295MPa。微合金化钢微合金化钢指含有少量钒、和铌/或钛元素的低碳、焊接结构用钢。一种元素的含量应小于0.10%，而合金化元素的总量小于0.15%，微合金化钢通常在热轧或控轧控冷状态下使用，目前最高屈服强度达800MPa。3.4微合金化钢的发展微合金化钢

属于低合金高强度钢范畴

微合金化元素加入量在0.02〜0.2%

形成碳氮化物，有溶解—析出行为

对钢的物理、化学性质和力学特性有显著影响

不经离线的热处理

微合金化钢的发展微合金化技术及微合金化钢的发展和应用，是二十世纪钢铁冶金最大的成就之一世界平均水平：10~15%（8千万到1.2亿吨）工业发达国家：30%我国微合金化钢产量：5%（2003年1100万吨）

微合金化钢的发展

对扩大使用微合金化元素起作用的因素

从能源和成本方面要求减轻重量

提高成型性的制造的要求

在钢生产中新的和改进的工艺

对MAE机制更好的了解

钢板产品的使用性能

改进产品的均匀性微合金化钢的发展

微合金化钢在钢铁市场的应用比例微合金化钢的发展

全球各类高强低合金钢的产量比例（%）欧洲北美日本备注管线钢959595船舶制造102075海洋用钢

中厚板903070

型钢702010压力容器302585结构钢

型钢302010世界年钢产量为约8亿吨，其中高强低合金钢占约12%车辆用型钢808080

船用型钢15--302010

板桩2515100

钢筋100510

中厚板252010--30薄板和板卷（包括镀锌板）

车用302030建筑用钢（不包括钢筋）958070微合金化钢的发展

世界和北美铌铁消费强度的变化微合金化钢的发展

全国微合金化钢产量统计（1998—2000年）微合金化技术实际应用

----管线钢的发展

API管线钢中碳含量、尺寸、屈服强度和终轧温度的变化趋势

冷速、冷却方式对最终组织的影响

X100钢的两种冷却方法和CCT曲线

微合金元素对不同冷却方式下强度和韧性的影响

（a）空冷；（b）加速冷却；（c）直接淬火大桥钢的开发与生产-14MnNbQ,StE355,16MnQ(Nb-处理)

生产厂家:武钢,宝钢,鞍钢….♦StE355(DIN17102-83)：宝钢生产的大桥钢板(30-60mm)用于上海市徐埔大桥♦

14MnNbQ:武钢开发和生产的大桥钢板(3-50mm)，已用于亚洲最大的湖长江大桥，南京长江大桥等6座公铁两用桥♦

16MnQ铌处理钢，依然广泛用于一般公路桥

上海南埔大桥舞钢桥梁用钢板开发应用情况牌号项目注S355N,S355N-Z25上海卢浦大桥世界第一大跨度钢拱桥（680m）14MnNbq芜湖长江大桥、重庆长寿大桥、粤海铁路银桥、佳木斯松花江大桥A709Gr50大型吊桥、美国加州大桥、加拿大大桥Q345qD三峡施工栈桥、宜昌长江大桥18mm×4020mm×9500mm16Mnq,Q390qD武汉军山大桥、润扬大桥被誉为“中华第一宽板”广州丫吉沙大桥、重庆鹅公岩大桥哈尔滨松花江大桥、太阳岛大桥

50年代到90年代各国钢种发展情况及典型钢种成分的变化

Cep=C+(Mn+Si)/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/50微合金非调质钢节约能源TemperingStressrelievingHardeningDieforgingStraightening微合金非调质钢的特点节减能耗～2500kW·h节省了热处理及相关工序的材料消耗取消退火处理取消调质处理省去淬火介质减少环境污染绿色钢材缩短生产周期提高劳动生产率一般可缩短生产周期约15%提高材料利用率一般提高3～4%汽车用微合金非调质钢锻件微合金非调质钢

GB/T15712—××××代替GB/T15712-1995

GradeRmMPa≥ReLMPa≥A%≥Z%≥Aku2

J≥F35VS590390184047F40VS640420163537F45VS685440153035F30MnVS7004501430--F35MnVS735460173537F38MnVS8005201225--F40MnVS785490153332F45MnVS835510132828F49MnVS780450820--F12Mn2VBS6854901645--Fatiguelimitofmicroalloyedforgingsteels

ComparedwithQTsteelandNormalizedCarbonsteel德国的微合金非调质钢我国常用的微合金非调质钢汽车工业的发展需要更多的含铌高强度钢带材钢种：Bs510L,RS50，GQ360,WL510,RCL420,andIFsteel(Nb-Ti)生产厂家:宝钢、武钢、鞍钢……

1975~2000年间，国际上热轧和冷轧钢的发展进程

PM-部分马氏体；CP-多相；MS-马氏体；RA-残余奥氏体；

TRIP-相变诱导塑性；IF-无间隙

含Nb超低碳烘烤硬化钢板的连续退火生产原理图

残余奥氏体体积/%

残余奥氏体与均匀延伸的关系均匀伸长率（%）高强度造船用钢

含铌高强度船板钢种:

AH32,36,DH32,36,EH32...

生产厂家:

宝钢，武钢，鞍钢

含铌高强度锚链钢：

(Cr,Ni,Mo,Nb)

生产厂家:兴澄特钢厂中国是世界第三造船大国2000年,建造船舶总吨位达500万吨,增长16%,需求190万吨船板钢,其中含铌高强度钢板约占5-8%,约95,000-152,000吨；2005年造船能力将达到900万吨；2015年中国成为世界第一造船大国，造船能力将超过2000万吨。铁路用钢

-2004年5月中国铁道部第四次提高火车速度

-要求更高质量的高强度钢主要钢种:

重轨:BNbRe(0.02-0.05%Nb)，已用于时速200公里的高速铁路中国首家采用连铸工艺生产 (包钢)

鱼尾板钢:56Nb(0.015-0.05%Nb)(鞍钢)

铁路车辆用H型钢:SM400B (马钢)

铁路大桥钢

:14MnNbq(0.015-0.04%Nb) (武钢…)2005-2010年期间建铁路和维护线路:约10000公里。每年建1500公里，每年需求重轨120万吨CSP高强度钢合金设计屈服强度N%级别0.0050.010.015MpaV%4000.050.026/4500.110.05/500/0.110.07550//0.116000.12%V-0.02%Nb-0.015%N7000.5%Mo-0.15%V-0.02%N8000.5%Mo-0.15%V-0.02%Nb-0.007%N含铌大型H型钢的开发与生产规格:H200-H700mm,含铌钢种:ASTMA572-Gr50(0.04%Nb),ASTMA992,ASTMA36SM490B(0.022%Nb),SM400B(0.03%Nb)

2003年产量:280,000-350,000Mt（马钢、莱钢）马钢高强度厚壁H型钢试制性能要求：VS≥450Mpa壁厚：30mm成分：Ｃeq≤0.4,V+Nb≤0.15%SteelCSiMnVNbNV+Nb0.160.31.50.10.0550pmV-N0.150.31.50.120150ppm现代钢的纯净度控制水平

Cleanlinesslevelcontrolofmodelsteel水平S/%P/%N/%O/10-6H/10-6Σ/10-6一般质量水平（通用型）≤0.005≤0.01060402≤250洁净钢水平（经济型）≤0.002≤0.00540101≤120超洁净钢水平（超级型）≤0.0005≤0.0012050.2≤50热轧产品的质量要求热轧品种杂质含量有害元素含量(PPm)非金属夹杂物评级（≤）PSNOHAsSnPbSbBcABCD汽车大梁钢[S]≤0.01%Σ≤300PPmΣ≤280车轮钢[S]≤0.01%Σ≤250PPmΣ≤150车辆板[O]≤20PPmΣ≤250PPmΣ≤250家电用钢[S]≤0.01%Σ≤200PPmΣ≤150油桶板[S]≤0.01%Σ≤200PPmΣ≤200搪瓷板[N]≤30PPm[H]≤1.0PPmΣ≤180PPmΣ≤200管线钢[S]≤0.005%[P]≤0.01%[O]≤15PPmΣ≤180PPmΣ≤120制箱钢Σ≤250PPmΣ≤250气瓶钢[S]≤0.01%[O]≤20Σ≤180PPmΣ≤150中国铌钢的发展战略

向高强、长寿命钢材品种转移

保持铌板带板品种生产的增长势头

大力推动以含铌400MPaⅢ级热轧钢筋为主的建材生产研发建筑、家电、车辆用含铌铁素体不锈钢

向高强、长寿命钢材品种转移商业用不锈钢应用已扩展到日常生活的各个方面应用领域建筑产业机械电器，机械厨房煤气灶台家用器具装修构成比13.718.56.816.25.93.0铁素体不锈钢占比15.86.83852.466.145.3应用领域浴槽汽车铁路车辆自行车容器钢管构成比1.511.21.11.42.05.0铁素体不锈钢占比5.660.4279.257.420.4全部构成比100%铁素体不锈钢占比34.2

不锈钢应用领域不锈钢中铌的应用已必不可少

与铌配伍的合金元素在不锈钢中的作用与铌配伍的元素在不锈钢中在耐热钢中加工性能及其他固溶Nb提高耐蚀性抑制相变控制Md30提高高温强度提高r（奥氏体）钢的n值提高F钢的r值Nb(C,N)细化晶粒提高强度改善晶间腐蚀改善F（铁素体）钢韧性细化晶粒提高耐高温腐蚀沉淀强化IF化提高加工性能Z相(CrNbN)晶内析出抑制Cr23C6敏化提高屈服强度晶内析出，抑制VN晶界偏析析出对调质轧制有利Fe2Nb可得细晶粒高r值Nb-Si提高耐酸性，耐应力腐蚀，强化TIRP效应。改善氧化膜结构提高抗氧化性利用Md逆转变生产超细晶粒、超高强度钢。Nb-Mn平衡r相组织1%Mn氧化膜最致密Nb-Cu提高F钢耐蚀性提高抗蠕变性能改变F钢抗皱性Nb-Mo提高点缝蚀电位提高高温强度提高抗蠕变性能Nb-Ti双稳定化拓宽稳定化温度改善表面质量提高r值降低△r值Nb-N抑制Cr23C6析出提高r钢屈服强度提高调质轧制效果Nb-Al提高25Cr-5Al的韧性和塑性生产5µm量级的薄带N、Nb、V、WNb、V沉淀强化W、N固溶强化

微合金化与钢铁强国目标

一个真正的钢铁强国的标志是什么呢？

有能力向冶金科技领域的前沿挑战。

强有力地推动上游产业，又能支撑下游产业。

保证高速度增长的国民经济建设和社会发展对钢材的需求。

面对国内国际两个市场的竞争，掌握战略的主动性。

微合金化与钢铁强国目标

而要真正实现上述几点，发展微合金化是必由路。

微合金化技术好比一把打开钢铁强国之门的钥匙，由好比未来有