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。
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 11411.17 12370.85低合金钢产量 1930.69 2732.00 3085.25低合金建筑钢筋 1453.50 2104.80 2514.18低合金铁道钢轨 101.70 128.00 107.49低合金高强度钢板 103.40 177.30 192.70低合金钢管 20.60 31.50 39.00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Ⅲ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—氮合金化;还有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20MnSi 127.74 1115.26 1842.36 2208.1216Mn 82.00 138.29 172.40 200.40U71Mn 52.17 73.65 109.20 71.26合计 261.91 1327.20 2123.96 2479.78占粗钢产量/% 6.80 13.90 18.60 19.50(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。
1986～1998年,在微合金化的细晶化和碳氮化物溶解—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(1996～1998年)油气长输 APL,5L X60～X70 56.4管线用钢桥梁用钢 StE355,14MnNbq,16MnNbq 18.6(斜坡、悬索桥)造船用钢 AH32,36DH32, EH32 16.4工程机械用钢 BHW60W ,HQ60B,HG60HG70,HJ58,DB685 5.3汽车用钢(大梁、车轮) B510L,RS50,GQ360WL510RCL420 17.8集装箱用钢 B480GNQ,B480GNQR 30.4铁道用钢(重轨) 56Nb,BNbRe,AD3 52.2球罐用钢(压力容器) Bp460N,WHD4 3.6(3)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Ⅲ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X60～X70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1/5～1/8。
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 1997年 1999年北美 6060 7970 11100 —日本 4450 4700 5050 —欧洲 6070 7930 10250 —巴西 1050 1020 1320 —中国 78 260 280 700我国低合金钢的研究和生产有3个明显的缺陷:①处于模仿开发阶段,自主创新少;②控轧控冷技术受制于现有的装备;③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RCR 工艺,在不发生再结晶区则应用铌微合金化的CCR工艺,由于钛、铌及钒的碳氮化物的溶解—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Ⅲ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。