微合金鋼中元素分析報告

1、實用微合金鋼微合金化是一個籠統(tǒng)的概念，通常指在原有主加合金元素的基礎(chǔ)上再添加微 量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或?qū)αW性能有影響、或?qū)δ臀g性、耐熱 性起有利作用、添加量隨微合金化的鋼類及品種的不同而異，相對于主加合金元 素是微量圍的，如非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中一般加入量在 0.02-0.06%，在耐熱鋼和不銹鋼 中加入量在0.5%左右，而在高溫合金中加入量高達 1-3%。微合金化鋼的基本屬性：(1) 添加的碳氮化物形成元素，在鋼的加熱和冷卻過程過溶解一析出行為對 鋼的力學性能發(fā)揮作用。(2) 這些元素加進量很少，鋼的強化機制主要是細晶強化和沉淀強化。(3) 鋼的控軋控冷工藝對微合金化鋼有重要意義，

2、也是微合金化鋼叫作新型低合金高強度鋼的依據(jù)。鋼的微合金化和控軋控冷技術(shù)相輔相承，是微合金化鋼設(shè)計和生產(chǎn)的重要條件。因此說，微合金化鋼是指化學成分規(guī)上明確列進需加進一種或幾種碳氮化物 形成元素的鋼。如 GB/T 1591 94中Q295一 Q460的鋼，對其中Nb、V、Ti的 含量通常有以下規(guī)定：(1) Nb，0.015%0.06%;(2) V，0.02% 0.15% (0.20%);(3) Ti，0.02% 0.20%。同時規(guī)定Nb+V+Ti < 0.15%。微合金化的高強度低合金鋼。它是在普通軟鋼和普通高強度低合金鋼基體化學成分中添加了微量合金元 素(主要是強烈的碳化物形成元素，如 N

3、b、V、Ti、Al等)的鋼，合金元素的添加 量不多于0.20%。添加微量合金元素后，使鋼的一種或幾種性能得到明顯的變化。典型的微合金鋼有15MnVN和06MnNb。微合金鋼中含有一種或幾種微合 金元素，其含量大約在0.01%0.20%之間。微合金鋼由于屈服強度高、韌性好、焊接性和耐大氣腐蝕性好，可用于大型 橋梁建筑，制造各類車輛的沖壓構(gòu)件、安全構(gòu)件、抗疲勞零件及焊接件，它也是 鍋爐、高壓容器、輸油和輸氣管線，以及工業(yè)和民用建筑的理想材料。關(guān)于微合金鋼中Nb的析出對變形誘導鐵素體相變的影響有兩種不同觀點 一是認為在變形過程Nb通過動態(tài)析出消耗形變儲能而抑制變形誘導鐵素體相變 微合金鋼就是這些“高

4、技術(shù)鋼材”中用量最大的一種。處理辦法：微處理可有效地提高 16Mn原規(guī)格鋼板、20MnSi大規(guī)格螺紋鋼筋的 屈服強度約10 20Mpa，改善A、B級一般強度板和X42 X46級管線鋼的低溫 韌性，還可使16Mnq、15MnVNq橋梁鋼板的時效敏感比降低或消除。據(jù)不完全 統(tǒng)計，1998年我國微合金化鋼的產(chǎn)量為 346萬噸，占年全低合金高強度鋼總產(chǎn) 量55.1%。微處理鋼（主要是Nb處理和Ti處理，還包括稀土處理鋼在）產(chǎn)量大 致也在300萬噸左右。近20年來，世界鋼鐵工業(yè)最富活力和創(chuàng)造性進展，莫過于低合金高強度鋼 生產(chǎn)裝備和工藝技術(shù)前所未有的變革，幾乎使低合金高強度鋼的所有品種領(lǐng)域更 新了一代，甚

5、至兩代。微合金化鋼屬于低合金高強度鋼疇，或者說是新型的低合金高強度鋼。我國80年代以來的鋼材生產(chǎn)及近年的鋼材品種結(jié)構(gòu)調(diào)整同樣表明了： 低合金高強度鋼的新發(fā)展，借助了鋼鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)的一切進步和最新 成就。 低合金高強度鋼的產(chǎn)量大，使用面廣，適應了方方面面特殊性能要求， 支持了各行各業(yè)產(chǎn)品的升級，增加了我國的機電產(chǎn)品和成套裝備生產(chǎn)的競爭力。 微合金化帶動了我國富有合金資源的生產(chǎn)和綜合利用，微合金化鋼生產(chǎn) 促進了鋼鐵企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和流程優(yōu)化。所以，形成了一個嶄新的觀點，發(fā)展微合金化鋼就是抓住了基礎(chǔ)原材料工業(yè)發(fā)展 的關(guān)鍵，通過變資源優(yōu)勢為產(chǎn)品優(yōu)勢，是實現(xiàn)鋼鐵強國目標的重要一環(huán)。我國低合金鋼及微合金鋼的

6、發(fā)展、問題和方向1我國低合金鋼及微合金鋼近幾年的巨大變化我國低合金鋼及微合金鋼近幾年的巨大變化我國低合金鋼及微合金鋼的科研、 生 產(chǎn)和應用領(lǐng)域在國家“九五”攻關(guān)期間有了突飛猛進的變化 ：我國鋼產(chǎn)量突破1 億t,1999年我國低合金鋼產(chǎn)量超過3000萬t,其中低合金高強度鋼產(chǎn)量為 629萬t,微合金鋼約占346.6萬t,分別占當年粗鋼產(chǎn)量的24.9、5.1 %和2.8 %（表 1）。從 表1可見，僅4年的時間，低合金鋼及其中的低合金高強度鋼板分別增長了 60 %和86 %。表1低合金鋼及主要品種的產(chǎn)量統(tǒng)計品種1995年1998 年1999 年全國粗鋼產(chǎn)量9536.0011411.1712370.

7、85低合金鋼產(chǎn)量1930.692732.003085.25低合金建筑鋼筋1453.502104.802514.18低合金鐵道鋼軌101.70128.00107.49低合金高強度鋼板103.40177.30192.70低合金鋼管20.6031.5039.00近年來低合金鋼領(lǐng)域的重要進展還表現(xiàn)在：（1）因國民經(jīng)濟的發(fā)展和西部開發(fā)的拉動，低合金鋼的3大品牌的產(chǎn)量仍在大幅度 增長（表2）。特別是品種生產(chǎn)的涵有了變化，已開始20MnSi鋼筋的成分調(diào)整和向川級鋼筋過渡的微合金化試生產(chǎn)；為解決厚規(guī)格16Mn鋼板強度不足而采取的鈮、 鈦處理和釩一氮合金化；還有U71Mn鋼軌的釩處理和稀土處理，許多企業(yè)從強韌

8、化機理到產(chǎn)品的應用性能做了大量的工作。表2低合金鋼3大品牌的產(chǎn)量變化品種1980 年1995 年1998 年1999 年20MnSi127.741115.261842.362208.1216Mn82.00.29172.40200.40U71M n52.1773.65109.2071.26合計261.911327.202123.962479.78占粗鋼產(chǎn)量 /% 6.8013.9018.6019.50（2）新型的低合金鋼開發(fā)在我國已形成一個自成體系的微合金鋼門類。19861998年，在微合金化的細晶化和碳氮化物溶解一析出行為研究基礎(chǔ)上，微合金鋼開 發(fā)的突出成就主要在油氣輸送管線用鋼、 大型跨江公

9、路橋和鐵路橋梁用鋼、造船 用鋼、汽車用鋼、工程機械用鋼、耐候集裝箱用鋼的生產(chǎn)。表3某些工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域用微合金鋼的產(chǎn)量萬t分類主要牌號產(chǎn)量 （19961998 年）油氣長輸 APL,5L X60 X7056.4管線用鋼橋梁用鋼StE355,14Mn Nbq,16 Mn Nbq18.6（斜坡、懸索橋）造船用鋼AH32,36DH32, EH3216.4工程機械用鋼 BHW60W ,HQ60B,HG60HG70,HJ58,DB6855.3汽車用鋼（大梁、車輪）B510L,RS50,GQ360WL510RCL42017.8集裝箱用鋼 B480GNQ,B480GNQR30.4鐵道用鋼（重軌）56Nb,BNb

10、Re,AD352.2球罐用鋼（壓力容器）Bp460N,WHD43.6形成了一批微合金鋼開發(fā)和生產(chǎn)的基地。以一批大型鋼鐵企業(yè)的技術(shù)中心為 核心,構(gòu)成了微合金鋼的開發(fā)和生產(chǎn)基地，如近年寶鋼的管線鋼和汽車用鋼，武鋼 的橋梁鋼和容器鋼，浦鋼的造船用鋼，舞鋼的高層建筑用鋼，鞍鋼的工程機械用鋼 和海上采油平臺用鋼，攀鋼的重軌以及南鋼的微合金川級鋼筋。它們從合金設(shè)計 抓起，著力于裝備的改造和工藝優(yōu)化，取得了各有側(cè)重的成就。高性能微合金鋼的 生產(chǎn)促進了在新技術(shù)方面的探求和實踐，如形變誘導相變機制在細化晶粒方面的 應用,鐵素體軋制用以生產(chǎn)超薄帶，臨界溫度區(qū)或雙相區(qū)的大壓下軋制，準貝氏體 組織的研究，釩在高碳鋼中

11、的作用機制，以及稀土在重軌鋼中合金化及作用機制的 研究等。（4）根據(jù)市場對鋼材品種不斷更新的需求，與用戶建立更深層次上的結(jié)合。特別是 與建筑、汽車、造船、石油、鐵道等部門在低合金鋼開發(fā)和應用研究方面的合作 , 增強了鋼材市場競爭力。例如，為高層建筑用鋼的國產(chǎn)化，正在制定我國高層建 筑結(jié)構(gòu)用鋼板的標準，開發(fā)承受巨大豎向載荷和水平載荷的低合金高強度鋼板,大力試制高強度H型鋼;根據(jù)我國高速和重載鐵路運輸?shù)母呙芏?、高牽引定?shù)、 客貨列車混跑、蛇形運動加劇所致的不均勻磨耗和剝離的特點，開發(fā)有中國特色的鐵道用重軌；在汽車用鋼方面，根據(jù)當今高強度鋼板研究和技術(shù)創(chuàng)新的熱點，開 發(fā)了熱軋馬氏體雙相鋼板、貝氏體鋼

12、板、冷軋含磷、錳、銅等低合金高強度超深 沖鋼板；第三代X60X70級高強高韌管線鋼已成功用于西部油氣長輸管線工程 , 并在國際市場上占有重要地位。2國外低合金鋼生產(chǎn)新技術(shù)及發(fā)展趨勢我國的低合金鋼和微合金鋼的生產(chǎn)和質(zhì)量還遠落后于各工業(yè)發(fā)達國家，從微合金鋼所消費的鈮鐵來看（表4）,我國1998年噸粗鋼的鈮鐵的消耗強度只是美國、日 本、德國的1/51/8。微合金鋼的生產(chǎn)一定程度上反映鋼鐵工業(yè)技術(shù)水平 ，發(fā)展微 合金鋼是鋼鐵強國的必由之路。表4我國及主要工業(yè)發(fā)達地區(qū)歷年鈮鐵消費量國家、地區(qū) 1993年 1995年 1997年 1999年北美6060797011100 日本445047005050歐洲6

13、070793010250巴西105010201320中國78260280700我國低合金鋼的研究和生產(chǎn)有3個明顯的缺陷：處于模仿開發(fā)階段，自主創(chuàng)新少； 控軋控冷技術(shù)受制于現(xiàn)有的裝備；合金設(shè)計理論指導與生產(chǎn)水平的脫節(jié)，宏觀 的合金設(shè)計尚處于基礎(chǔ)研究階段，而微觀層次上的合金設(shè)計過于超前。近十幾年 來，在微合金鋼生產(chǎn)領(lǐng)域已成熟地應用許多新技術(shù)，未來的發(fā)展趨勢也十分明顯， 有以下主要方面：(1) 國對控軋的概念仍有許多模糊，甚至混淆了一般熱軋(CHR)與傳統(tǒng)控軋(CCR)、 再結(jié)晶控軋(RCR)的工藝差異，對不同的微合金化適用于不的控軋操作還不理解。 為此，應當按75微合金化和95微合金化兩次國際會議

14、關(guān)于微合金化和熱機械 處理(TMP)的定義，把握控制奧氏體晶粒度的合金設(shè)計新概念，如圖2所示,在完全 再結(jié)晶區(qū)，適合采取釩、鈦微合金化的RCR工藝，在不發(fā)生再結(jié)晶區(qū)則應用鈮微合 金化的CCR工藝，由于鈦、鈮及釩的碳氮化物的溶解一析出的不同特性，決定了不 同微合金鋼所采取的控軋和控冷工藝。(2) 熱機械處理方法有了很大的發(fā)展，軋后加速冷卻，甚至在高溫奧氏體區(qū)的直接 淬火被廣泛地應用，加速冷卻鋼材的回火操作對于獲得高性能具有重要的意義。過去快冷都在軋后進行，最近又開發(fā)了在軋制過程中快冷的新工藝。(3) 氮作為一種“合金元素”的應用。這種技術(shù)已被人們接受 ，由此開發(fā)了許多含 氮鋼，不僅對于生產(chǎn)釩氮合

15、金化的川級鋼筋是一種節(jié)省釩鐵的途徑 ，也是不宜控軋 控冷的低碳長條材，發(fā)揮釩的強化作用的方法。(4) 從微鈦處理到TiO細晶化和TiC析出強化有了新的發(fā)展，含鈦鋼被認為是“最 臟的鋼”的觀點已成為歷史，鈦微合金化不僅用于防止時效脆化和改善熱影響區(qū) 韌性,最近又用于雙相鋼提高鐵素體強度和疲勞性能。(5) 高層建筑用鋼的發(fā)展趨勢是除了要求 Z向性能外，防火和抗震性能也提到日程， 為防火要求提高鋼的高溫屈服強度，為抗震則要求鋼具有較低的屈強比。(6) 探討高強高韌超級鋼的工藝新途徑，使5卩m晶粒度的鋼達到1卩m晶粒度，強 度加倍，塑韌性不降低。(7) 為降低微合金鋼的生產(chǎn)成本，探索復合合金化和釩、鈦

16、、鈮的最佳配比。(8) 鋼中有害元素的利用，如硫、磷、錫等。將使鋼鐵生產(chǎn)納入綠色工業(yè)圍，有助于 鋼鐵材料的可持續(xù)發(fā)展。3我國工程結(jié)構(gòu)用低合金鋼的發(fā)展方向在基礎(chǔ)研究成果指導下開發(fā)微合金化鋼，已經(jīng)體現(xiàn)在許多鋼鐵企業(yè)鋼材品種結(jié)構(gòu) 調(diào)整的方案和規(guī)劃之中。表現(xiàn)為兩大特點，其一是裝備的更新和工藝技術(shù)的改造 與品種開發(fā)相結(jié)合；其二是低溫軋制及鐵素體軋制的超薄帶生產(chǎn)技術(shù)的應用。按 近年的發(fā)展速度，至2005年我國低合金高強度鋼的產(chǎn)量將由目前的5 %增長到10 %左右，約1200萬t。未來的發(fā)展,將致力于以下4個方面：(1) 微合金鋼仍是HSLA鋼的主體,將以鈮微合金化和釩氮合金化為主，鈦的應用除 用于鋼的鈦處

17、理和作為鈮、釩微合金化鋼的調(diào)節(jié)劑外，還應探索鈦的其他應用。 發(fā)揮碳一錳成分鋼的潛力，中心問題是對形核的精密控制以達到細晶化。碳一 錳鋼，尤其是超低碳的鋼將大大改善鋼的冷加工性，也將大大改善鋼的耐蝕性。努 力實現(xiàn)不用合金化而提高鋼的強度和韌性。(3) 特色品種的開發(fā)，如高強度的低屈強比鋼、極低裂紋敏感性的“自由”焊接鋼、 極高耐H2S應力腐蝕的油氣輸送管線鋼、高耐火性的高層建筑用鋼、功能性的 結(jié)構(gòu)鋼材等。(4) 在工藝技術(shù)方面，致力于多種TMCP技術(shù)的開發(fā)與應用并用最小改造費用達到 在線化。新世紀工程結(jié)構(gòu)低合金鋼應當遵循通用性的普遍要求。鋼材品種的多樣性，反映了不同用途對所使用鋼材性能要求的差異

18、，至少有微細的特性不同。例如，耐候鋼 要求有獨特的耐大氣腐蝕的性能，在基體表面形成一層致密的保護膜；橋梁用鋼具 有良好的抗低周疲勞性能和低的應變時效的傾向；造船用鋼要求有抗低溫裂紋擴 展的能力；管線用鋼要求較好的抗斷裂和HIC的特性;汽車大梁用鋼要求有良好的 沖壓性和承受沖擊載荷的能力；高溫建筑用鋼則不僅要求抗層狀撕裂的能力，還要 求低屈強比和耐火性等。但鋼的化學成分、生產(chǎn)流程、供應和驗收又是小異，通過制備過程對鋼材的表面和在質(zhì)量的控制，以保證性能上各不相同的需要，我國 16Mn鋼及其派生出的16Mn系列專用鋼就是一個通用性的最好例子；盡管16Mn 鋼的生產(chǎn)中存在諸多先天不足的問題，但長達40

19、余年久用不衰說明這個道理。近20年來，為適應各工業(yè)部門產(chǎn)品制造的更新?lián)Q代，自主開發(fā)，按國外標準或引進 成熟牌號生產(chǎn)的鋼材品種越來越多，低合金高強度鋼是工程結(jié)構(gòu)鋼材的主體。近 年微合金化技術(shù)和控軋控冷技術(shù)的開發(fā)應用，使一批微合金鋼被廣泛采用。如表5 所示，不同鋼種及不同的牌號，而其基體合金成分和強度等級相近或雷同。在現(xiàn)行標準的非合金鋼7個品種，低合金鋼8個品種和合金鋼14個品種，合計29 個品種的247個鋼種牌號中，型鋼、薄鋼板、中厚板、無縫管和線材的201個品種的838個鋼種牌號中，約有87.5 %屬于中低強度的圍。近30年在用于工程結(jié)構(gòu) 的各類低合金高強度鋼專用鋼材、鋼筋和鋼軌所開發(fā)的約10

20、8個新品種牌號中有 74個強度等級小于600MPa因此，從中長期9個工業(yè)部門17個以產(chǎn)頂進的品種來 看,中低強度鋼材是近期發(fā)展的重點。目前的兩大鋼材生產(chǎn)流程：聯(lián)合企業(yè)流程：鐵水預處理一轉(zhuǎn)爐一精煉一連鑄一軋 制;電爐短流程：超高功率電爐一精煉一連鑄一軋制。二者均可使鋼的潔凈度達 到較高的水平，以轉(zhuǎn)爐冶煉為例，鐵水“三脫”純凈鋼生產(chǎn)工藝，可使雜質(zhì)含量降至 S< 0.0010 %,P< 0.0035 %,N< 0.0030 %,T.O< 0.0015 %;鋼水精煉的生產(chǎn)工藝，可 使雜質(zhì)達到S< 0.0010 %,P< 0.0050 %,T.O< 0.0020

21、 %。按鋼材使用的具體要求, 采用不同潔凈度的鋼質(zhì)水平，如D級高強度造船鋼板一般質(zhì)量水平就可安全使 用,X70級以下的管線用鋼要求潔凈鋼水平，而汽車用IF鋼板則提出了超潔凈鋼的 水平。表5近年開發(fā)的微合金化鋼用途鋼種牌號(T s/Mpa合金系列管線用鋼X52> 360C-M n-(Nb)造船用鋼 AH36DH36、EH36 > 350C-Mn-Nb(V)橋梁用鋼14M nNb> 355C-M n-Nb(V,Ti)SM520C335365C-M n-Nb(V,Ti)StE350> 355C-Mn-Nb(V ,Ti)鍋爐用鋼BHU35330390C-M n-(Mo)-Nb工

22、程機械用鋼Welte n60RC 450C-Mn-Nb-VBHW60A450C-M n-Nb-VHQ60A450C-M n-Nb-V(Mo)BG60450C-M n-Nb-V汽車大梁鋼B510L355C-M n-(Nb)B52L355C-M n-(Ti)09SiVL355C-M n-V因此,工程結(jié)構(gòu)用低合金鋼的質(zhì)量定位在經(jīng)濟性，新代微合金鋼基礎(chǔ)研究所追求的高純凈度、超細晶粒、高均勻性的材質(zhì)目標，反映未來一個新時代的技術(shù)水平但未必是新世紀新材料所要求的全部，至少不會成為工程結(jié)構(gòu)材料的主體。4對今后工作的幾項建議“十五”期間，面對經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的強勁需求，低合金鋼領(lǐng)域還有許多工作要做， 建議從以下幾

23、個方面做起，落到實處,取得成效。(1) 解決大規(guī)格U級20MnSi鋼筋的強度不足、冷彎和反彎性能不過關(guān)的質(zhì)量問 題。(2) 大力開發(fā)400 MPa的新川級鋼筋，基本方向是在20MnSi基礎(chǔ)上降碳、降硅、 微合金化。目前，鈮微合金化和釩氮微合金化都已取得一定的經(jīng)驗。(3) 開發(fā)新型的抗震鋼板、H型鋼、不添加鉬的防火鋼。(4) 耐候鋼板和型材的開發(fā)，尋找加速形成“鈍化膜”的方法。(5) 船舶和海洋開發(fā)結(jié)構(gòu)鋼材的研究工作，不要忽視夾雜電位差的研究，如能從夾 雜物的改性，取得效果,將是事半功倍的方法。硫含量不必低于潔凈鋼水平的耐 H2S管線鋼和Z向厚鋼板的開發(fā)。(7) Cu-Ni時效強化型高強度鋼的軍轉(zhuǎn)民，熱軋一時效、正火一時效及淬火一時效 3種工藝條件下可以生產(chǎn)屈服強度 460700 MPa的一系列焊接性良好的高強高韌鋼。S寶鋼微合金、低合金鋼的發(fā)展：寶鋼微合金、低合金鋼的生產(chǎn)概況微合金、低合金鋼是數(shù)十年來發(fā)展和形成的一類鋼種系列，被廣泛應用于各個工業(yè)部 門，它的品種、規(guī)格、數(shù)量和質(zhì)量反映了冶金企業(yè)的綜合技術(shù)實力。寶鋼投產(chǎn)20年來充分利用先進的裝備技術(shù)條件，在積極利用國際標準和替代進口鋼材的同