微合金钢中元素分析报告

1、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，而在咼温合金中加入量咼达 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，

2、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+TK 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

3、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

4、 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 15MnVN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

5、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： 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。 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。 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，通过变资源优势为产品优势，是实现钢铁强国目标的重要一环。

6、我国低合金钢及微合金钢的发展、问题和方向1我国低合金钢及微合金钢近几年的巨大变化我国低合金钢及微合金钢近几年的巨大变化我国低合金钢及微合金钢的科研、生产和应用领域在国家“九五”攻关期间有了突飞猛进的变化 ：我国钢产量突破1 亿t,1999年我国低合金钢产量超过 3000万t,其中低合金高强度钢产量为 629 万t,微合金钢约占346.6万t,分别占当年粗钢产量的24.9、5.1 %和2.8 %（表1）。从表1可见，仅4年的时间，低合金钢及其中的低合金高强度钢板分别增长了60 %和 86 %。表1低合金钢及主要品种的产量统计品种1995年 1998 年 1999 年全国粗钢产量 9536.00

7、11411.17 12370.85低合金钢产量 1930.69 2732.003085.25低合金建筑钢筋 1453.50 2104.80 2514.18低合金铁道钢轨 101.70128.00107.49低合金高强度钢板 103.40177.30192.70低合金钢管20.60 31.5039.00近年来低合金钢领域的重要进展还表现在：（1）因国民经济的发展和西部开发的拉动，低合金钢的3大品牌的产量仍在大幅 度增长（表2）。特别是品种生产的内涵有了变化，已开始20MnSi钢筋的成分调整 和向川级钢筋过渡的微合金化试生产；为解决厚规格16Mn钢板强度不足而采取 的铌、钛处理和钒一氮合金化；还有

8、U71Mn钢轨的钒处理和稀土处理,许多企业从 强韧化机理到产品的应用性能做了大量的工作。表2低合金钢3大品牌的产量变化品种 1980 年1995 年 1998 年1999 年20M nSi 127.741115.26 1842.36 2208.1216Mn 82.00138.29172.40 200.40U71M n 52.1773.65109.2071.26合计 261.911327.202123.96 2479.78占粗钢产量 /% 6.80 13.90 18.6019.50（2）新型的低合金钢开发在我国已形成一个自成体系的微合金钢门类。19861998年，在微合金化的细晶化和碳氮化物溶解

9、一析出行为研究基础上 ，微合金钢 开发的突出成就主要在油气输送管线用钢、 大型跨江公路桥和铁路桥梁用钢、 造 船用钢、汽车用钢、工程机械用钢、耐候集装箱用钢的生产。表3某些工程结构领域用微合金钢的产量万t分类主要牌号产量（19961998年）油气长输 APL,5LX60 X7056.4管线用钢桥梁用钢 StE355,14Mn Nbq,16 Mn Nbq18.6（斜坡、悬索桥）造船用钢 AH32,36DH32, EH32 16.4工程机械用钢 BHW60W ,HQ60B,HG60HG70,HJ58,DB6855.3汽车用钢（大梁、车轮）B510L,RS50,GQ360WL510RCL42017.

10、8集装箱用钢B480GNQ,B480GNQR 30.4铁道用钢（重轨）56Nb,BNbRe,AD352.2球罐用钢（压力容器） Bp460N,WHD43.6 形成了一批微合金钢开发和生产的基地。以一批大型钢铁企业的技术中心为 核心,构成了微合金钢的开发和生产基地，如近年宝钢的管线钢和汽车用钢，武钢 的桥梁钢和容器钢，浦钢的造船用钢，舞钢的高层建筑用钢，鞍钢的工程机械用钢 和海上采油平台用钢，攀钢的重轨以及南钢的微合金川级钢筋。它们从合金设计 抓起,着力于装备的改造和工艺优化，取得了各有侧重的成就。高性能微合金钢的 生产促进了在新技术方面的探求和实践，如形变诱导相变机制在细化晶粒方面的 应用，铁

11、素体轧制用以生产超薄带，临界温度区或双相区的大压下轧制，准贝氏体 组织的研究，钒在高碳钢中的作用机制，以及稀土在重轨钢中合金化及作用机制 的研究等。（4）根据市场对钢材品种不断更新的需求，与用户建立更深层次上的结合。特别是 与建筑、汽车、造船、石油、铁道等部门在低合金钢开发和应用研究方面的合作，增强了钢材市场竞争力。例如,为高层建筑用钢的国产化，正在制定我国高层建 筑结构用钢板的标准,开发承受巨大竖向载荷和水平载荷的低合金高强度钢板，大力试制高强度H型钢;根据我国高速和重载铁路运输的高密度、高牵引定数、 客货列车混跑、蛇形运动加剧所致的不均匀磨耗和剥离的特点，开发有中国特色的铁道用重轨；在汽车

12、用钢方面，根据当今高强度钢板研究和技术创新的热点，开 发了热轧马氏体双相钢板、贝氏体钢板、冷轧含磷、锰、铜等低合金高强度超深 冲钢板；第三代X60X70级高强高韧管线钢已成功用于西部油气长输管线工程,并在国际市场上占有重要地位。2国外低合金钢生产新技术及发展趋势我国的低合金钢和微合金钢的生产和质量还远落后于各工业发达国家 ，从微合金 钢所消费的铌铁来看（表4）,我国1998年吨粗钢的铌铁的消耗强度只是美国、 日 本、德国的1/51/8。微合金钢的生产一定程度上反映钢铁工业技术水平 ，发展 微合金钢是钢铁强国的必由之路。表4我国及主要工业发达地区历年铌铁消费量国家、地区1993 年 1995 年

13、 1997 年 1999 年北美6060797011100 日本445047005050欧洲6070793010250巴西105010201320中国78260280700我国低合金钢的研究和生产有 3个明显的缺陷：处于模仿开发阶段，自主创新少;控轧控冷技术受制于现有的装备；合金设计理论指导与生产水平的脱节， 宏观的合金设计尚处于基础研究阶段，而微观层次上的合金设计过于超前。近十 几年来,在微合金钢生产领域已成熟地应用许多新技术，未来的发展趋势也十分明显，有以下主要方面：(1) 国内对控轧的概念仍有许多模糊，甚至混淆了一般热轧(CHR)与传统控轧 (CCR)、再结晶控轧(RCR)的工艺差异，对

14、不同的微合金化适用于不的控轧操作还 不理解。为此，应当按75微合金化和95微合金化两次国际会议关于微合金化 和热机械处理(TMP)的定义，把握控制奥氏体晶粒度的合金设计新概念，如图2所 示,在完全再结晶区,适合采取钒、钛微合金化的 RCF工艺,在不发生再结晶区则 应用铌微合金化的CCRX艺,由于钛、铌及钒的碳氮化物的溶解一析出的不同特性,决定了不同微合金钢所采取的控轧和控冷工艺。(2) 热机械处理方法有了很大的发展，轧后加速冷却，甚至在高温奥氏体区的直接 淬火被广泛地应用，加速冷却钢材的回火操作对于获得高性能具有重要的意义。过去快冷都在轧后进行，最近又开发了在轧制过程中快冷的新工艺。(3) 氮

15、作为一种“合金元素”的应用。这种技术已被人们接受，由此开发了许多含 氮钢,不仅对于生产钒氮合金化的川级钢筋是一种节省钒铁的途径 ,也是不宜控 轧控冷的低碳长条材，发挥钒的强化作用的方法。(4) 从微钛处理到TiO细晶化和TiC析出强化有了新的发展,含钛钢被认为是“最 脏的钢”的观点已成为历史，钛微合金化不仅用于防止时效脆化和改善热影响区 韧性,最近又用于双相钢提高铁素体强度和疲劳性能。(5) 高层建筑用钢的发展趋势是除了要求 Z向性能外，防火和抗震性能也提到日 程,为防火要求提高钢的高温屈服强度，为抗震则要求钢具有较低的屈强比。探讨高强高韧超级钢的工艺新途径，使5卩m晶粒度的钢达到1卩m晶粒度

16、，强 度加倍,塑韧性不降低。(7) 为降低微合金钢的生产成本，探索复合合金化和钒、钛、铌的最佳配比。(8) 钢中有害元素的利用，如硫、磷、锡等。将使钢铁生产纳入绿色工业范围，有助于钢铁材料的可持续发展。3我国工程结构用低合金钢的发展方向在基础研究成果指导下开发微合金化钢，已经体现在许多钢铁企业钢材品种结构 调整的方案和规划之中。表现为两大特点，其一是装备的更新和工艺技术的改造 与品种开发相结合；其二是低温轧制及铁素体轧制的超薄带生产技术的应用。按 近年的发展速度,至2005年，我国低合金高强度钢的产量将由目前的5 %增长到10 %左右,约1200万t。未来的发展，将致力于以下4个方面：(1)微

17、合金钢仍是HSLA钢的主体，将以铌微合金化和钒氮合金化为主,钛的应用 除用于钢的钛处理和作为铌、钒微合金化钢的调节剂外，还应探索钛的其他应用。 发挥碳一锰成分钢的潜力，中心问题是对形核的精密控制以达到细晶化。 碳一 锰钢，尤其是超低碳的钢将大大改善钢的冷加工性，也将大大改善钢的耐蚀性。努 力实现不用合金化而提高钢的强度和韧性。(3) 特色品种的开发，如高强度的低屈强比钢、极低裂纹敏感性的“自由”焊接钢、 极高耐H2S应力腐蚀的油气输送管线钢、高耐火性的高层建筑用钢、功能性的结 构钢材等。(4) 在工艺技术方面,致力于多种TMC我术的开发与应用并用最小改造费用达到 在线化。新世纪工程结构低合金钢

18、应当遵循通用性的普遍要求。钢材品种的多样性，反映了不同用途对所使用钢材性能要求的差异，至少有微细的特性不同。例如,耐候钢 要求有独特的耐大气腐蚀的性能，在基体表面形成一层致密的保护膜；桥梁用钢 具有良好的抗低周疲劳性能和低的应变时效的倾向；造船用钢要求有抗低温裂纹 扩展的能力；管线用钢要求较好的抗断裂和 HIC的特性;汽车大梁用钢要求有良 好的冲压性和承受冲击载荷的能力；高温建筑用钢则不仅要求抗层状撕裂的能力 还要求低屈强比和耐火性等。但钢的化学成分、生产流程、供应和验收又是大同 小异，通过制备过程对钢材的表面和内在质量的控制，以保证性能上各不相同的需要,我国16Mn钢及其派生出的16Mn系列

19、专用钢就是一个通用性的最好例子； 尽管16Mn钢的生产中存在诸多先天不足的问题，但长达40余年久用不衰说明这 个道理。近20年来,为适应各工业部门产品制造的更新换代，自主开发,按国外标准或引 进成熟牌号生产的钢材品种越来越多，低合金高强度钢是工程结构钢材的主体。 近年微合金化技术和控轧控冷技术的开发应用，使一批微合金钢被广泛采用。如 表5所示,不同钢种及不同的牌号，而其基体合金成分和强度等级相近或雷同。在现行标准的非合金钢7个品种,低合金钢8个品种和合金钢14个品种,合计29 个品种的247个钢种牌号中，型钢、薄钢板、中厚板、无缝管和线材的 201个品 种的838个钢种牌号中,约有87.5 %

20、属于中低强度的范围。近 30年在用于工程 结构的各类低合金高强度钢专用钢材、钢筋和钢轨所开发的约108个新品种牌号 中有74个强度等级小于600MPa因此，从中长期9个工业部门17个以产顶进的 品种来看，中低强度钢材是近期发展的重点。目前的两大钢材生产流程：联合企业流程：铁水预处理一转炉一精炼一连铸一 轧制；电炉短流程：超高功率电炉一精炼一连铸一轧制。二者均可使钢的洁净度 达到较高的水平，以转炉冶炼为例，铁水“三脱”纯净钢生产工艺，可使杂质含量 降至 S< 0.0010 %,P < 0.0035 %,N < 0.0030 %,T.O < 0.0015 %;钢水精炼的生产

21、 工艺,可使杂质达到 S< 0.0010 %,P < 0.0050 %,T.O < 0.0020 %。按钢材使用的 具体要求,采用不同洁净度的钢质水平，如D级高强度造船钢板一般质量水平就 可安全使用,X70级以下的管线用钢要求洁净钢水平，而汽车用IF钢板则提出了 超洁净钢的水平。表5近年开发的微合金化钢 用途管线用钢造船用钢钢种牌号(T s/MpaX52> 360AH36DH36、EH36 >350合金系列C-M n-(Nb)C-M n-Nb(V)桥梁用钢 l4MnNbSM520C 335365StE350> 355锅炉用钢 BHU35 330> 35

22、5 C-M n-Nb(V,Ti)C-M n-Nb(V,Ti)C-M n-Nb(V,Ti)390C-M n-(Mo)-Nb工程机械用钢 Welten60RC 450C-Mn-Nb-VBHW60A 450 C-M n-Nb-VHQ60A 450 C-M n-Nb-V(Mo)BG60450C-M n-Nb-V汽车大梁钢 B510L355 C-M n-(Nb)B52L355C-M n-(Ti)09SiVL 355 C-M n-V因此，工程结构用低合金钢的质量定位在经济性 ，新一代微合金钢基础研究所追 求的高纯净度、超细晶粒、高均匀性的材质目标 ，反映未来一个新时代的技术水 平,但未必是新世纪新材料所要

23、求的全部，至少不会成为工程结构材料的主体。4对今后工作的几项建议“十五”期间，面对经济持续发展的强劲需求，低合金钢领域还有许多工作要做， 建议从以下几个方面做起，落到实处,取得成效。(1)解决大规格U级20MnSi钢筋的强度不足、冷弯和反弯性能不过关的质量问 题。 大力开发400 MPa的新川级钢筋,基本方向是在20MnSi基础上降碳、降硅、 微合金化。目前，铌微合金化和钒氮微合金化都已取得一定的经验。(3) 开发新型的抗震钢板、H型钢、不添加钼的防火钢。(4) 耐候钢板和型材的开发，寻找加速形成“钝化膜”的方法。(5) 船舶和海洋开发结构钢材的研究工作，不要忽视夹杂电位差的研究，如能从夹 杂物的改性，取得效果,将是事半功倍的方法。(6) 硫含量不必低于洁净钢水平的耐 H2S管线钢和Z向厚钢板的开发。(7) Cu-Ni时效强化型高强度钢的军转民,热轧一时效、正火一时效及淬火一时 效3种工艺条件下可以生产屈服强度 460700 MPa的一系列焊接性良好的高强高韧钢。G3宝钢微合金、低合金钢的发展：宝钢微合金、低合金钢的生产概况微合金、低合金钢是数十年来发展和形成的一类钢种系列，被广泛应用于各个工业部 门,它的品种、规格、数量和质量反映了冶金企业的综合技术实力。宝钢投产20年来充分利用先进的装备技术条件，在积极利用国际标准和替代进