试论我国钢的微合金化技术发展方向

试论我国钢的微合金化技术发展方向

发布：2006-12-17 17:50:02 来自：模具网浏览：次

中信微合金化技术中心东涛付俊岩

近年我国钢铁行业的技术改造，在社会对钢材需求发展的拉动之下，呈现意料之外的加速趋势，强烈冀求缩小与国际冶金技术发展的差距。尤为可喜的是，国内对钢的微合金化技术和微合金化钢的发展方向、目标和对策已取得了广泛共识。本文试图就其论题的几个基本方面阐明自己的看法。

1、微合金化钢的概念和定位

化学元素周期表3~4周期的Ⅲ~Ⅴ副族元素具有极强的化合能力，通常称之为微合金化元素的多数指的是铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti），有时还包括钼（Mo）、硼（B）及稀土（RE）。应当说，除了其中的铌以外，都是我国储量丰富、其产量在世界上占有重要地位的元素，尤其是钒、钛和稀土。

微合金化元素在钢中的应用的基本原理（见表1）在于其在钢中的固溶、偏聚和沉淀作用，尤其是微合金化元素与碳、氮交互作用，产生了诸如晶粒细化、析出强化、再结晶控制、夹杂物改性等一系列的次生作用，这些因素对钢的强韧化所起的作用被广泛地应用于各类钢铁产品。

钢的微合金化最为突出的技术进展是在称为微合金化钢的开拓，其原因不仅在于改进工艺、降低成本的需要，主要是大大改善了钢的力学性能和使用工艺特性。微合金化钢定义为低合金高强度钢范畴，或者说是新一代低合金钢；钢中假如Nb、V、Ti元素的总和不超过0.15%；在钢加热-冷却和形变过程中其碳氮化物具有溶解-析出行为，对钢的物理、化学性质和力学性能有明显的影响；通常在热机械处理（包括控轧控冷）状态下作为工程和机械结构用材或冷冲压用材；典型的应用领域为油气输送管线、桥梁、船舶、工程机械、输电线塔、高层建筑、汽车、铁道以及电站、码头；全世界微合金化钢的产量在1.0~1.2亿吨。

2、我国微合金化技术的进步与差距

从1975年第1届国际微合金化会议至1995年的第2届会议，国际冶金界对钢的微合金化的理论价值取得了共识，对在传统的低合金高强度钢基础上研发微合金化钢有了广泛的兴趣。近1/4世纪以来的冶金工艺技术有了突飞猛进的进展，如高质量铁源、铁水预处理、转炉顶底复吹强化冶炼、炉外二次冶金及真空处理、高效连铸、薄板坯连铸连轧、热机械处理等一系列技术开发，使微合金化钢的发展如虎添翼，尤其是钢的微合金化与控制轧制技术相结合，成为20世纪世界钢铁业的重大技术进展之一，对产业技术革命和社会发展产生了不可估量的推助作用。

我国自1979年引入钢的微合金化技术的20余年来，经历了三个不同的进展阶段，这是一个由启蒙、低级至高级的发展过程：

（1）用微合金化技术改造我国原有的低合金高强度钢体系；

（2）微合金化技术与控轧控冷技术的结合，开发市场急需的微合金化钢新品种；

（3）微合金化技术在新一代钢铁材料研发中的应用。

据调查，我国在微合金化技术领域的进步是十分显著的，目前国内微合金化钢的生产者和使用者对微合金化效果认知状况大致如表2所示。2001年我国Nb、V、Ti微合金化钢产量已达470万吨，占同期粗钢总产量的5.5%，占低合金高强度钢产量的59%，可见微合金化钢在低合金高强度钢类中所处地位和发展趋势。其中铌钢近三年的年增长率达50%，产量已超过V、Ti的微合金化钢，成为了微合金化钢

新品种研发的最佳选择。

我国微合金化技术的综合应用，按国外“成熟度模型”衡量已脱离初始级，达到了可重复级和已定义级的水平的企业约占生产微合金化钢企业48%；钢铁企业的工艺和装置的改造已基本上提升到国际九十年代中、末期的发展水平；“九五”期内，具有自主知识产权的微合金化钢材料新品种达82个；微合金化钢开发已广泛采用宏观合金设计方法，介观和微观合金设计研究及成果已成功指导国内新一代钢铁材料的研发；微合金化技术的基础研究已突破模仿而进入自主创新阶段，形变诱导析出、形变诱导相变以及弛豫-析出-相变的工艺原理等属于学科前沿的课题，其理论深度已超越日本、韩国、欧盟的研究范畴，2002年于日本举行的第1界国际超级结构钢会议（ICASS 2002）上我国专家发表了31篇论文。

若与当前国际微合金化技术发展水平相对照，主要差距在如下5个方面：

（1）基础研究的领先层还局限于少数钢铁研究总院、金属研究所、东北大学、北京科技大学等少数研究单位和高等学府，有效的钢材品种开发局限于宝钢、武钢、鞍钢、攀钢、舞钢及本钢等少数大型钢铁企业；

（2）现行的生产工艺和装备不适应微合金化技术的应用和开拓，尤其在轧制道次间和终轧后的加速控制冷却方面。国内轧后冷却装置的统计见表3；

（3）物理冶金的研究主要在指导板带材生产方面取得了长足的进步，但在微合金化钢的在线组织-性能控制方面还处于基础探讨阶段；

（4）Nb在钢铁中应用刚刚由微合金化钢扩大到合金钢、工具钢和不锈钢等其他钢类，Nb在冶金方面的应用占95%在微合金化钢生产；

（5）通常以Nb为代表，其在钢铁业的消费强度表征微合金化技术的发展水平，如表4所示，2001年我国板带材的铌铁消耗强度为21.78克/吨粗钢，而长条材仅0.77克/吨粗钢。2001年铌铁总消费量为1261吨，平均消费强度为8.3克/吨粗钢，为工业发达国家的1/8-1/10。

3、国外微合金话技术应用的现代进展及趋势

国内对钢的微合金化技术的10年悉心研究，又10年的开拓发展，认识到了近代冶金工艺技术的最重要进展，莫过于微合金化技术的成就，最富有物理冶金内容的部分又莫过于铌钢的开发，从国外同行的发展中看到了中国钢铁业的未来，微合金化技术是钢铁强国的必由之路。

国外进展及其发展趋势大致可归纳为：

（1）微合金化技术的应用，以晶粒细化强化最为重要。晶粒细化和碳氮化物析出是微合金化钢强韧化的基础。钢的组织和性能的关系以及以晶粒尺寸为主导的强度表达式，仅适于常规轧制的铁素体-珠光体类型组织。正试图探讨涵盖微珠光体、针状铁素体、超低碳贝氏体等组织类型、以碳氮化物析出诸参数为主导的强度表达式。

（2）热机械处理（TMCP）的出发点在奥氏体调节，归宿于γ→α的富化生核。由此把控制轧制归纳为高温再结晶控轧和正常化控轧两类，由再结晶的延缓力和再结晶的驱动力的影响因素的考察，指导第一类控轧钢的微合金化设计；主要由形变诱导机制进行的第二类控轧钢的合金设计，构成TMCP工艺