第二章MPaⅢ级热轧钢筋生产技术

第二章400MPaIII级热轧钢筋生产技术

第一节热轧钢筋及其性能要求

555.热轧钢筋是怎么分级的？

钢筋钢是指建筑行业钢筋混凝土结构配筋用的专用钢材品种，属于轧制中小型材，表面设计呈

光面、月牙肋或等高肋的螺旋状花纹。低等级钢筋属于碳素钢类，中高等级钢筋选用微合金化钢生

产，目前都采用转炉或电弧炉冶炼，经连铸成方坯、热送或直接轧制成各种类型和不同规格的钢筋。

钢筋钢包括钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、高强度精轧螺纹钢筋、热处理钢筋、冷拉低碳钢丝及

预应力混凝土用钢丝等几大类。以热轧带肋钢筋为主体，列入了屈服强度235MPa工级钢筋、屈服

强度335MPaII级钢筋、屈服强度400MPaIII级钢筋、屈服强度540MPaW级钢筋。其中，III级钢筋

含有屈服强度为400MPa的普通级、440MPa的余热处理级和440~540MPa的较高质量级三个级别，

见背面表2-2o

表2-2热轧钢筋分类

钢筋直径屈服强度抗拉强伸长率冷弯性能标准强度设计强度

钢材牌号表面设计性能应用范围

型号/mm/MPa度/MPa/%内径一角度/MPa/MPa

低强，延性极好，可小型构件受力筋，箍

I级

2.5d180cC轧制光面焊易加工，锚固性能筋,联结件，吊钩分布

钢筋Q2358~2023537025235210

差，须加弯钩筋,构造筋

低强，延性好,可焊，

n易加工，锚固强度

20MnSi5103d18O5普通混凝土结构

普通8-25月牙肋高，劈裂方向性，咬

级33516335310

20MnNb28-404904d180P受力钢筋

钢合齿易断锚固延性

筋差

较高

8-254d+45°~23°同上，强度稍高，延同上，宜用于抗震结构

质量20MnSi335~46051018月牙肋335310

28-4025d+450~23°性好,强屈比1.25中的受力钢筋

中强，延性好,可焊,

20MnSiV易加工，锚固强度

8~253d90P普通混凝土结构受力

普通20MnTi40057014月牙肋400360高，劈裂方向性，咬

m28-404d90P钢筋

25MnSi合齿易断锚固延性

级

差

钢

筋余热8~253d90P同上，强度稍高，焊同上，不宜用于疲劳荷

K20MnSi44050014月牙肋400360

处理28-404d90P接后强度降低载构件

20MnSiV8-255d+450~23°同上，强度稍高，延同上，宜用于抗震结构

440-54059014月牙肋400360

20MnTi28-406d+45。~23°性好,强屈比1.25中的受力钢筋

较高强，延性好，易

W4OSi2MnV加工，锚固强度高,预应力混凝土结构

10-255d9CT等高肋

级普通45SiMnV54083510540400

28-326d90P但咬合齿易断，后期受力钢筋

钢45Si2MnTi

锚固延性差

筋

较高

40Si2MnV10-255d9CP同上，强度稍高，

质量>59088510等高肋540400同上

45SiMnV28-326d90P延性好

556.我国钢筋标准是怎么演变的？

我国最早制定的《钢筋混凝土结构用热轧螺纹钢筋》（重III一55）沿用A3钢，品种单一，无等级，

至YB171—63列入16Mn钢筋，由于强度不足，后调整为20MnSi钢。至YB171—69,形成了由

屈服强度235MPa的I级钢筋至屈服强度590MPa的IV级钢筋，还包括屈服强度：1420MPa的预应

力混凝土用热处理钢筋的系列。GB1499—91将III级带肋钢筋的屈服强度由370Mpa调至400MPa。

20世纪60年代末至70年代初，是我国钢筋新品种开发的高峰期，除Si—Mn外，研制了Si一

V、Si—Ti、Si—Nb、Mn—Si—V、Mn—Si—Nb等五个钢种系列近20个牌号，具有中国特色的是对

硅元素的情有独钟，微合金化元素开始应用于钢筋生产。在以后的三十多年的二段时期内，20MnSi

钢筋几乎一统天下，固步不前。

进入改革开放阶段，钢筋生产开始导人微合金化技术，并试生产调质型钢筋和轧后余热处理钢

筋，GB1499—98基本上与国际相接轨。但之后的若干年内生产与应用335MPaII级钢筋的习惯倾向

十分强烈，400MPaIII级钢筋的比例仅数十万吨，示范工程的推广阻力极大。在将400MPaIII级钢筋

纳入国家标准《混凝土结构设计规范》，并编制相应的设计手册后，我国钢筋生产的更新换代跨出了

极其重要的一步，以不同工艺生产（表2-1）,年增长率达85%。

表2-1400MPa热轧钢筋不同生产工艺情况

工艺方法牌号使用情况

已在40余家企业生产，产品

微合金化2OMnSiV

已得到市场认可

目前仅有少数钢厂生产，产品

微合金化20MnSiNb

已得到市场认可

微合金化20MnTi尚没有企业生产

许多企业可以生产，并出口国

余热处理2OMnSi

外,但国内市场尚不认可

超细晶粒碳素

Q235目前尚在进一步试验中

钢轧制

557.2DMnSi钢筋合金设计有哪些不足？

20MnSi钢筋的化学成分规范见表2-3。微合金化III级钢筋源自20MnSi钢，但20MnSi钢筋的

合金设计的不足之处在哪儿呢？

表2-3JOMnSi钢筋的化学成分规范%

CSiMnPS

0.17-0.250.4~0.81.2~1.6WOO45近0.045

首先是碳，其碳含量较高，对加工性和焊接性有不利的影响，现代合金设计已摒弃增碳作为高

强度的主要手段。

第二是硅，硅在钢中不形成碳化物，而以固溶体的形式存在于奥氏体或铁素体中，它的主要作

用如下：

⑴固溶强化，由0.25%增至0.8%使抗拉强度的增量达到25MPa；(2)促进铁素体的粗化；⑶

促进柱状晶发展；(4)冷作硬化倾向；(5)降低焊接性。

第三是铳，锦与碳的结合力略强于铁，一部分形成(Fe,Mn)3C,存在于珠光体内，更主要的是

进入固溶体，起固溶强化作用，每增加0.01%锦大致产生IMPa的强度增量。类似于硅的作用，在

高温下促进晶粒的粗化，抑制铁素体形成而促进中温转变。

所以，20MnSi的成分并不合理，以其为基础生产III级钢筋并不理想，应当改变观念，将碳、硅、

锦含量往下限调，加人微合金化元素，以晶粒细化和析出强化机制取代固溶的强化方式。

558.我国每年生产多少钢筋？

建筑业是我国国民经济重要的基础产业之一，热轧带肋钢筋又是建筑业使用量最大的钢材品种。

近十年国家在房地产开发方面的投资逐年增长，占固定资产总投资的比重也逐年增加，2002年房地

产业开发投资达7736亿元，比重为17.9%。1998—2002年国内钢筋的消费量合计为1.5656亿3

仅2002年混凝土构件用钢筋消费即为4560万3占建筑业当年钢材总消费的41.68%,占我国同

期钢材总消费的22.92%,见表2-4。其中400MPa级及400MPa级以上的钢筋还不到200万3仅

占钢筋的总产量的4%,而国外发达国家这个比例为75%,差距甚大。据不完全统计，2003年我国

400MPaIII级钢筋的产量虽增长很快，但也只有580万t«

表2-41998~2002年间用于建筑业钢材用途细分单位:万t

1998年1999年2000年2001年2002年

全国合计4366.855289.66237.947810.079148.01

一、土木工程建筑业4119.644924.375867.277324.558468.8

房屋3637.524281.855010.276295.027434.66

矿山16.9512.933.4435.1344.87

铁路公路隧道桥梁286.61408.9568.87658.47660.5

堤坝电站码头115.92156.05153.9188.45167.9

其他土木工程62.6564.7100.78148.49160.87

二、线路管道设备安装业221.68315.49322.95473.09553.48

线路管道安装业89.84157.76157.08191.21242.55

设备安装业131.84157.73165.87218.19310.93

三、装修装饰业25.5249.7547.7275.13125.73

在未来20年内，国民经济的持续高速发展，城镇化的加强，需要钢铁业在钢材数量品种和质量

等各方面的保证，钢材消费的品种结构会有不少变化，钢结构的比重将不断增大，但钢筋混凝土结

构仍会占有不可替代的主体地位，预测2005年我国钢材总消费规模约2.8亿t,建筑业钢材需求为

13925万32010年我国钢材总消费将达到3.1亿t,建筑业用钢量将增至15640万t。同期对钢筋

的总需求为9200万t和12500万t,其中400MPaIII钢筋的比例分别按8%和24%估算，总需求规模

将在800万t和3000万t左右。

559.为什么钢筋要与混凝土相结合使用？

在未来的发展中，钢结构的比例会有增长，但钢筋混凝土结构仍是建筑的主体。一方面节能的

余热处理钢筋和高强度的热处理钢筋会有所进展，但微合金化钢筋将继续以主流工艺发展。优先采

用钢筋混凝土有它的重要原因：

(1)在一定长度内，混凝土与钢筋间相互发生负荷转移；

(2)钢筋必须有高弹性模量，以便使整个结构具备高度刚性；

(3)混凝土与钢筋间不得有任何有害的物理、化学现象产生；

(4)钢筋必须具备各种交付形状和长度，能满足各种不同建筑结构的要求；

(5)具有宽阔的结合空间，而板材与棒材相比使用性较差，因为后者形式多样且能在较大范围内

满足钢筋截面计算值的要求；

(6)钢筋还必须能与建筑物形状完全相配，因而需具有较大灵活性及较易弯曲；

(7)钢筋能够通过搭接或焊接等连接技术形成机械连接件；

(8)钢筋能承受运输、仓储、捆扎及现场存放的恶劣条件而性能没有较大退化，微小损伤不影响

其性能；

(9)预应力建筑结构须保证在遭受腐蚀时不突然倒塌或断裂；

(10)钢筋能够为建筑物提供足够的疲劳抗力，而混凝土不能承受动态承载力；

(11)钢筋能为建筑物提供足够的延性；

(12)钢筋能承受剪应力、拉力及压力；

(13)预应力钢筋的松弛必须适度；

(14)钢筋能在较大温度范围(一60℃〜+80℃)正常使用。如需在极限温度条件下使用，其性能可

以预测；

(15)钢筋的质量通常条件下能弥补建筑物的一些微小缺陷。

560.对热轧钢筋有哪些基本性能要求？

(1)强度是钢筋最基本的性能。一般受力钢筋强度越高，性能就越好，但也有一定限度。由于钢

材弹性模量基本为一常值(Es^2.0X105MPa),强度过高时高应力引起的大变形(伸长)将影响正常

使用(挠度、裂缝)。故混凝土结构中钢筋设计强度限为360MPa,太高的强度没有意义。提高强度主

要靠材质改进(合金化)；也可通过热处理和冷加工提高强度，但延性损失太大；变形钢筋的基圆面积

率(扣除间断横肋后承载截面积与公称面积之比)对强度也有一定影响。

(2)延性是钢筋的变形能力，通常用拉伸试验测得的伸长率来表达，强屈比也反映了其延性。但

目前通用的伸长率指标(也、bio、Soo)因标距不同，只反映颈缩区域的局部残余变形，且断口拼接测

量误差较大，难以真正反映钢筋的延性。目前，国际上已开始用最大拉力下的总伸长率(均匀伸长率

占说)来描述钢筋的延性，是比较科学的指标，见表2-5。影响钢筋延性的因素是材质，碳当量加大

虽能提高强度，但延性降低。钢筋冷加工后酝值呈数量级减小(丽由加工前超过20%降到加工后的

2%左右)，而且随时效仍有发展，面缩率较大时尤具脆性。抗震结构对受力钢筋有明确的延性要求。

表2-5国外对钢筋的延性要求分级

指标Rm/Re8gt/%钢筋类型

中等延性钢1.052.5冷加工钢筋

热轧钢筋(热处理、

高延性钢1.085.0

微合金化钢筋)

抗震钢1.15热轧钢筋(热处理、

8.0

/?e.ad//?e.c<1.3微合金化钢筋)

(3)冷弯性能是为满足钢筋加工的要求。在弯折、弯钩或反复弯曲时，钢筋应避免裂缝和折断。

延性好的钢筋弯弧内径小，施工适应性强。

(4)焊接性能是钢筋应用时应考虑的问题。碳当量较高时焊接性能变差，超过0.55%时不可焊。

通过热处理、冷加工而强化的钢筋，焊接会引起焊接区钢筋强度的降低，使用时应予以注意。

(5)锚固性能及锚固延性(大滑移时仍维持锚固)是钢筋在结构中与混凝土共受力的基础。光面钢

筋靠胶结及摩擦，受力性能较差；变形钢筋以咬合作用持力，与其外形有关，取决于钢筋的横肋高

度，肋面积比(横肋投影面积与表面积之比)以及混凝土咬合齿的形态。

(6)质量的稳定性对受力钢筋十分重要。规模生产的钢筋产品一般均质性好，质量稳定。小规模

作坊式生产的冷加工钢筋一般离散度大，力学性能不稳定，不合格率高。在母材不稳定和缺乏管理

和检验的情况下将十分严重，往往影响结构的安全可靠性。

561.钢筋的使用性能有哪些？

(1)疲劳强度。显示较低载荷反复作用下的疲劳强度是钢筋研发阶段和制订设计规范前必须考核

并做出评价的性能之一，影响疲劳强度的主要因素有应力集中、组织不均匀性以及环境条件，表面

平滑的钢筋抗疲劳性能较好，表面形状变化较大的钢筋易在形状突变处应力集中而诱发疲劳破坏。

(2)应力松弛性能。钢筋在长时受力下应力松弛的现象，将增大结构变形、降低结构耐久性，本

质上是由于钢材内部位错的消散和间隙原子的脱溶引起的。

(3)低温性能。随着环境温度下降，钢筋的拉伸性能、冲击韧性的变化，尤其是对焊接的适应性

及焊接接头性能的变坏，将严重影响钢筋混凝土结构的稳定性和耐久性。

(4)耐蚀性。因混凝土掺水而引起钢筋的锈蚀，最终导致结构的损毁。对于特殊环境下的结构，

如码头、桥墩、海底建筑等，设计部门的主导意见是对钢筋进行镀锌处理，或采用不锈钢钢筋，设

计寿命则由30年延至100年。

(5)耐久性。耐久性影响结构的工作寿命，直径较细的钢筋对锈蚀比较敏感。影响锈蚀的主要因

素是环境、混凝土保护层和钢筋表面状态(是否有防护层)。港工、水工、化工、市政工程对耐久性有

较高要求。

(6)交货状态。交货状态对施工影响很大。直径12mm及以上的钢筋以直条交货，在结构配筋中

形成许多接头。细钢筋一般以盘条交货，减少了接头，但使用前须增加调直工序，对强度有一定影

响。

钢筋性能与应用要求的相关性见表2-6«

表2-6钢筋性能与应用要求的相关性

应用要求钢筋应具备的性能

钢筋的市场竞争力屈服强度尽量高

结构分析：

线性弹性及动量分布高屈服强度

高屈服强度及高延性

塑性方式高屈服强度及高延性

非线性

足够高的屈服强度及最大延性

抗震设计

高屈服强度及疲劳抗力

疲劳

维护性能满足裂纹控制要求及能够接

结构的耐久性受的变形抗腐蚀

钢筋的处理弯曲性，再弯能力,焊接性

562.建筑市场对钢筋需求有哪些变化？

(1)目前，我国正经历计划经济到市场经济的过渡期，经济环境已由物资匮乏转向市场调控。建

筑钢材供应已由长期紧缺到已形成积压，供需矛盾已由对数量的要求转向对高质量的期望。

(2)由于经济发展和国力增强，建筑结构的安全度将逐步提高，钢筋消耗量将有较大增长。建筑

费用中结构造价尤其是钢筋材料所占比例已经很小，因此为适当提高安全度而增加配筋将不会引起

造价的较大波动，近期修订的荷载规范和设计规范试行的结果,钢筋用量已较过去有较明显的增长。

(3)对钢筋性能的要求已由单纯追求强度到考虑综合性能，特别是对延性的要求。工程事故和震

害调查表明，结构安全隐患往往并非强度不足而多为变形能力差(脆性)。止匕外，塑性内力重分布、极

限设计等也对钢筋的延性提出了更高的要求。因此，延性已成为钢筋的主要性能，其重要性并不亚

于强度，而且更甚。

(4)均匀伸长率和强屈比已成为衡量钢筋延性的重要指标。若干国际标准中钢筋不仅有强度等级，

已明确提出按均匀伸长率和延性分级要求。对受力钢筋的最低要求是而22%〜2.5%,高延性钢

筋则要求通'5%〜6%。在我国均匀伸长率的简易测定方法已经列入有关的钢筋标准中，新修订的

设计规范也明确提出抗震结构中钢筋实测强屈比不小于1.30的延性要求，随着技术发展，今后对

钢筋延性的要求将更为明确。

(5)由于结构体型加大，荷载增加，混凝土强度普遍提高，要求受力钢筋具有更高的强度。目前，

我国主导钢筋仍为低强的I、II级(235MPa、335MPa)钢筋，往往造成了构造不便和施工困难。先进

工业国家已普遍采用400MPa级钢筋；500MPa级钢筋的应用也已开始，新修订的混凝土结构设计规

范将400MPa的III级钢筋作为主导受力钢筋，引导设计者采用强度较高的钢筋。

(6)大型土木工程(水坝、桥墩、海洋平台等)对直径大于40mm的粗钢筋提出需求。而住宅产业

成为建筑市场的主体以后，墙、板配筋及分布筋、构造筋的需求将会大幅度增长。因此，直径12rmn

以下的细钢筋的市场将明显扩大。

(7)随着建筑业工厂化程度的提高，对钢筋制成品(网片、骨架)的需求将增加。这一方面可减少

现场工作量，加快施工速度；另一方面，工厂化的产品质量可靠。路面、楼盖、墙板配筋以及结构

表面的抗裂钢筋都为钢筋网片的广泛应用提供了市场。

(8)与钢筋配套的钢筋机械连接技术(各种型式的机械连接接头)，以及用于恶劣环境条件下的钢

筋防腐处理技术(环氧树脂涂层、涂锌等)，已开始应用并有较大的市场前景。

563.各国对热轧钢筋有什么不同要求？

对高强度钢筋的需求是出于设计方面的考虑。更高强度等级需求的主要目的是高强度钢筋的使

用可减少建筑成本，钢重量的减轻可节约成本。用钢量的减少不应被炼钢成本的上升所抵消。因为

在某种程度上，钢的价格是建立在成本之上的，所以应该仔细分析制造成本来确定制造这些新的高

强度规格钢筋的最节约有效的方法。

表2-7是几个国家的钢筋规格标准。除高强度要求以外，许多建筑规范要求钢筋可焊接。可焊

接钢筋的特点是限制碳含量，通常在0.25%或更低。同时，对碳当量也有限制，碳当量影响可焊

接性，碳当量的计算是以碳含量(％)加上某一比例的其他影响可焊接性元素的系数的公式确定的(表

2-8)。对碳和碳当量的限制使达到高强度更加困难，因为大多数这些元素，尤其是碳可使钢的强度增

加。这种限制迫使生产商改用其他强化工艺来获得高强度。

强化工艺包括冷加工、热处理和微合金化。冷加工和热处理需在现有钢筋生产设备的基础上添

加新设备。如使用现有设备，微合金化是生产高强度钢筋的最合理的选择。

564.我国混凝土结构设计新规范中有什么主要变化？

(1)钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。

热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，用触表示。

普通钢筋的强度标准值应按表2-9采用。

(2)普通钢筋的抗拉强度设计值今及抗压强度设计值应按表2-10采用；

(3)钢筋弹性模量Es应按表2-11采用。

(4)以应力幅值计钢筋疲劳强度以设计值或温应分别按表2-12采用。

表2-7钢筋标准的力学性能要求

最低屈服最低拉伸强屈比

国家标准钢种伸长率/%

强度/MPa强度/MPaTS/YS

HRB3353354901.25®16

中国GB1499-1998HRB4004005701.25014

HRB5005006301.25012

Gr25025022

英国BS4449-1988

Gi46046012

BSt4204205001.0510

德国DIN488SBSt500S5005501.0510

BSt500M5005501.058

11J2®

ASTM615Gi42300500

G1604206207,8.90

美国

Gr755207906、70

ASTM706Gi€04205501.2510、14②

①补充要求;②最小伸长率随直径大小而改变。

表2-8钢筋标准的化学成分要求%

国家标准钢种CSiMnPSN

HRB3350.250.801.600.0450.0450.52®

中国GB149^—1998HRB4000.250.801.600.0450.0450.54®

HRB5000.250.801.600.0450.0450.55®

Gr2500.250.0600.0600.012®0.42®

英国BS4449—1988

GH600.250.0500.0500.01200.51®

BSt420s0.220.0500.0500.012®

德国DIN488BSt500S0.220.0500.0500.012®

BSt500M0.150.0500.0500.012②

Gi42报告报告0.060报告

ASTM615Gf60报告报告0.060报告

美国

Gr75报告报告0.060报告

ASTM706Gr600.300.51.50.0350.0450.55®

①如果最小铝含量是0.020%或足够的吸附氟的元素存在•策的最大值不适用。

②)此值是就全部氯含量而言。如有足够的氯固定元素存在,则允许更大值。

③J=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15o

④J=C+Mn/6+Cu/40+Ni/20+Cr/10-Mo/50-V/10o

表2-9¥通钢筋强度标准值N/mn?

种类符号d/mmA

HPB235(Q235)6-50235

热轧HRB335(20MnSi)96~50335

钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnR)6-50

400

RRB4OO(2OMnSi)8-40

表2-10普通钢筋强度设计值N/mra2

种类符号/r

HPB235(Q235)210

热轧HRB335(20MnSi)(p300

钢筋HRB400(20MnSiV,20MnSiNbs20MnTi)

360

RRB4OO(2OMnSi)

注：1.在钢筋混凝土结构中，轴心受拉和小偏心受拉的钢筋抗拉强度设计值大于SOON/mm2时,仍应按SOON/mm2取用;

2.构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋根据其受力情况应采用各自的强度设计值。

表2-U钢筋弹性模・N/mm2

种类E.

HPB235级钢筋2.1x105

HRB335级钢筋、HRB400级钢筋、RRB400级钢筋、热处理钢筋2.Ox105

消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝2.05x105

钢绞线1.95x105

注:必要时钢绞线可采用实测的弹性模量。

表2-12钢筋混凝土结构中钢筋疲劳强度设计值N/nnd

疲劳应力比值

HPB235级钢筋HRB335级钢筋HRB400级钢筋

-1.0wPf<-0.4160

-0.4<Pf<0150

OwNvO.l145165165

0.1^Pf<0.2140155155

注:1.当纵向受拉钢筋采用闪光接触弧对X接头时，其接头处钢筋疲劳强度设计值应按表中数值乘以系数0.8;

2.RRB100级钢筋须经试验后，方可用于需做疲劳试验的构件。

第二节钢筋的微合金化及强韧化机制

565.钢筋生产为什么要实行微合金化？

用铝来细化钢的晶粒，从而改善钢的强韧性，已有半个世纪历史。从广泛意义上讲，微合金元

素有七八种，但是，研究得最多，用得最广的是钛、机和铝。硼参与复合合金化在个别高强度钢中

应用。磷能影响织构演变，因而用于冲压钢板。错、钛能改变硫化物形态，但目前已有更经济有效

的夹杂物形态控制手段，因此未获实际应用。至于钙和稀土元素，由于在最终产品中对它们的含量

没有明确的规定，因此一般不认为是合金元素。

微合金元素与钢中碳、氢、氧及硫形成多种化合物，从而对性能产生多种影响。钛是最活泼的

微合金元素，与氧、硫、碳、氮有很强的亲和力，但是能够生成碳、氮化物并有析出强化作用的只

有钛、钢、铝。微合金元素能够影响主要显微组织的参数是：

（1）晶粒尺寸，晶粒形状；（2）各种尺寸的析出物；（3）基体组织（铁素体、贝氏体、马氏体）；（4）位

错密度。

566.铜资源能否长期稳定供应？

以往的20年中，世界范围内铝的开发及应用充满了活力，主要的铝资源在巴西和加拿大，以岩

矿和沉淀矿两种分布形式的烧绿石矿为主。巴西铝资源以Nb205计算的品位在1.57%。3.0%,

总储量达14亿t；加拿大矿品位在0.67%〜1.34%,储量为2200万t。铝产品包括标准铝铁、氧

化银、Ni—Nb合金、真空级铝铁及锡金属。在非洲赤道地区、俄罗斯的西伯利亚冻土地带也存在大

量的铝沉淀矿脉。发现含锂新矿区还有乌干达、尼日利亚、挪威、格陵兰，此外在澳大利亚西部留

花岗岩矿山中也有少量的银副产品。我国也有铜一稀土混生矿，主要集中于内蒙古的白云鄂博地区，

总储量虽可观，但品位仅0.07%,在采选技术难度和生产成本上无法在国际市场上竞争。

世界铜资源的生产和供应有三大特点：

（1）资源集中，仅巴西CBMM的储量足够全世界消费400年以上；

（2）世界目前银产品（折合成Nb205）年产量稳定在3.5万3随时可以扩大产能，价格稳定；

（3）工业发达国家以粗钢总产量平均银的消费强度在40〜80g/3世界平均为20〜30g/t。

我国铝的应用在近二十年大为扩大，尤其是在微合金化技术的成功开发和应用后，20世纪90

年代末需求更为强劲。进口CBMM（巴西矿冶公司）银铁的数量逐年增长，至2003年底年进口量已达

3600余3消费强度为12g/t。

567.铜在钢中的应用状况如何？

铝资源主要消费领域是钢铁工业，微合金化的HSIA钢生产成为最重要的应用领域。微合金化

钢生产占世界粗钢产量的10%,约8000万t,消费了几乎是80%的世界铜产品。

含银微合金化钢最大的消费市场是汽车制造业，广泛地用于热轧和冷轧薄板，以及屈服强度高

于400MPa的中厚钢板中，典型化学成分为0.06%C、0.5%〜1.5%Mn、0.03%〜0.06%Nb,

更高强度的钢中需再添加钢，在冷轧钢中需加人0.015%〜0.04%Ti和0.05%〜0.12%P。钢中

加入胃在于细化晶粒和补充析出强化，钛的加入作为氮的吸附剂，又可使铁素体中NbC析出能力加

强。为了使汽车钢板具有更优的深冲性，通过真空脱氧生产出碳、氮含量0.001%-0.003%的以

Nb—Ti微合金化的III钢。

从20世纪60年代起，油气输送管线用钢的80%以上采用含铝钢，高等级的X70一X80管线

钢要么采取Nb—V复合，要么含锂量达到0.10%以上。铝应用量处于第三、第四位的是造船板

和桥梁板的生产，第五位是建筑钢结构用中厚板、H型钢和400MPaIII级以上的钢筋生产。

铝还广泛用于锻造和冷锻用棒线材生产，在铸钢件中铝的应用在于显著改善铸件的疲劳失效问

题，也提高高温强度和使用寿命。近年来，银在不锈钢生产中的应用日见普遍，如汽车排气管的铁

素体不锈钢，烘干机、冰箱、医疗设备用的抗菌不锈钢等。

568.铜的未来消费在哪些方面？

虽然胃的发现已有200年的历史，但它作为工业材料使用才只是近40年的事情。银因为本身特

有的技术性能，帮助人类解决了大量工程技术难题。包括油气管线、汽车工业、高层建筑、飞机发

动机和医疗设备。随着铝的特性的开发，今后它的应用领域将不断开拓。由于铝在管线、汽车和结

构钢三大主要微合金化钢中的地位没有受到其他材料的挑战，将来铜的大部分还将用在钢铁业。

另外可以预料，未来在所有热机械处理的高强度结构钢中，死将是首选的微合金化元素。在钢

铁以外的领域里，死将主要用于高附加值产品。如在汽车、飞机发动机、汽轮发电机用镁基高温合

金及各种耐磨、耐蚀性能的材料。由于经济、技术条件的变化，铝还可能在电子工业、医学、光电

材料和化工等领域的应用取得更大的发展。

569.为什么铜是一种很好的微合金化元素？

铝处在元素周期表中4、5、6周期的III〜VI族，其中铝与其他元素的区别在于：

（1）与碳、氮的高亲和力；（2）在奥氏体中充分溶解；（3）在奥氏体和铁素体中的析出能力；（4）在铁

素体中的沉淀强化；（5）与氧无不利作用。

铝本身特点决定了它比其他元素更适合作为微合金化元素，特别是在晶粒细化、延迟再结晶、

析出强化及净化基体方面。死的作用是如此巨大，以至于1/10000的浓度就能达到性能的预期改善。

银作为微合金化元素在钢的物理冶金、钢材新品种以及应用技术方面取得了重大进展。在这里

要强调的是，由于微合金化与控制轧制相结合，生产了优质的管线用钢。此后由于微合金化技术进

步和更大的市场份额，所以控轧一控冷几乎全面代替了传统的正火等热处理。

570.铜是如何调节奥氏体的？

在20世纪80年代前，控制轧制技术还不完善，工艺十分复杂和混乱，而微合金化的作用也随

控轧制度不同而难以捉摸。20世纪90年代中期提出了奥氏体调节的概念，切中了要害，粗轧阶段

的热变形初期，有奥氏体再结晶，也有铜的析出问题，又都是为精轧阶段做铺垫、做准备，精轧阶

段变形最终目的是得到适宜尺寸的奥氏体晶粒。奥氏体调节的第二层含义是为获得Y/a相变后细小

铁素体晶粒尺寸，需要高的铁素体形核速率和低的晶粒长大及粗化速率。为此，才从理论上解析非

丫一再结晶区变形的重要意义，从而也归结出了高温再结晶控轧（RCR）和低温传统控轧（CCR）两类控

轧工艺，如图2-1所示。前一类必须使均热温度与T95之间窗口增大，后一类则需要使T5与终轧温

度之间区间扩大，含铝钢十分有利于CCR控轧。

图2-1不同的变形条件下产生

的奥氏体组织示意图

571.经高温冷却后铜先形成碳化物还是氮化物？

含银微合金化钢坯在高温均热下冷却，在钢中先形成碳化物还是先形成氮化物，取决于固溶度

积的规律[Nb%][C%]和[Nb%][N%],也取决于钢中的碳和氮的含量，在900℃、1100℃和1300℃三

种加热温度情况下，存在NbN—NbC的平衡溶解度线。在随后冷却过程中，当时，优先形成

NbC；当时，则具有先析NbN的倾向。先析NbN或NbC之后，基体钢趋向于碳、氮的对等

固溶。对于含碳量较低的电炉钢，主导析出强化的是WoN,也是导致拉伸应力/应变曲线呈连续屈

服特征的重要原因之一。较高碳含量的热轧钢筋具有明显的屈服平台，析出强化相对要弱于NbN。

572.铜溶质原子如何拖曳和阻止晶粒粗化？

在奥氏体中的银，要么为溶质(间隙原子)，要么形成析出物，二者具有不同的作用。奥氏体中要

发生析出，必须有足够大的过饱和度和足够长的道次间隙时间，所以说中板和非连续大型材轧制条

件下，Nb(C,N)在奥氏体中大范围的静态析出是十分理想的，而在快速加工的板带连轧和棒线材连

轧的条件下，道次间隙时间短，变形升温高，不利于析出，这种情况下锯将大量保持固溶状态。

奥氏体中固溶和析出铝有两种重要机制，即质点钉扎和溶质原子的拖曳，奥氏体再结晶依靠晶

界运动的粗化倾向，可以被降低和消除掉。从图2-2可见，质点阻止晶粒长大的效果，存在着质点

大小与体积分数的配合，这就是为什么阻止粗化依靠的是溶质原子，其拖曳力大于再结晶的驱动力。

银的析出物阻止粗化作用较小。

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图2-2质点阻止晶粒长大的效果

573.铜是如何影响奥氏体转变的？

锯的自身作用在于使钢获得更低的相变温度和低温转变产物，提高铝的加人量，尤其在低碳含

量和高的均热温度下，还有在加速冷却的条件下，上述的效果就更加突出，见图2-3和图2-4。

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