发展微合金化钢 优化钢铁品种结构
2004-04-20 00:00 来源： 我的钢铁
进入21世纪，随着国民经济的快速增长，我国钢铁工业也进入了高速发展期。自1996年我国钢产量超过1亿吨以来，钢铁工业发展迅猛，2003年钢产量超过了2亿吨，钢材表观消费量已接近2.3亿吨。我国不仅是钢铁材料的世界第一生产大国，也是钢铁材料世界第一消费大国。根据我国GDP的增长速度，预计到2005年我国钢铁材料的消费量将达到2.5亿吨，2010年将达到3.1亿吨。
为了满足国民经济发展的需求，增加我国的钢铁产能是一个必然的发展趋势。但是，钢铁生产要消耗大量的资源、能源并对环境造成影响。按照目前的发展趋势，今后我国无论在铁矿石、水、合金等资源条件、运输能力以及能源和环境等方面都将不堪重负。另外，钢铁行业也是投资大、回收周期长的行业，过分扩张将导致产能过剩，引发一系列社会问题。西方工业发达国家在经济快速增长过程中，钢铁业发展的经验教训值得我们借鉴。中国的钢铁工业在扩展产能的同时，必须考虑走可持续发展的道路。我们应当利用先进的钢铁生产技术，发展先进钢铁材料，通过调整产品结构，提升钢铁产品的质量和档次。我们应该用具有更高附加值的先进钢铁材料来代替传统的钢铁材料，以减少钢铁的消耗，缓解钢铁业发展对资源、能源、运输以及环境保护等方面的压力。
微合金化技术是20世纪钢铁材料领域最大的成就之一，对钢铁工业的发展起到了巨大的推动作用。微合金化钢具有高强度、低成本、高效率等特点，它是发展高附加值钢材产品最经济有效的途径。通过在钢中添加微量的钛、铌、钒等元素(小于0.2%)，依靠细化晶粒和沉淀强化作用，微合金化钢的强度成倍增加，这使微合金化技术在世界钢铁行业已经得到广泛接受。可以说，微合金化钢的生产已成为衡量一个国家钢铁工业发展水平的重要指标。目前，国际上微合金化钢占钢材总量的比例平均水平约为10%-15%，工业发达国家达到了30%左右，而我国还不足5%。大力推广应用微合金化技术，发展微合金化钢品种，对我国冶金行业的品种结构调整具有十分重大的意义。
随着研究工作的不断深入，人们对微合金化技术的认识、理解及其应用也逐渐成熟。针对各种不同用途的钢材品种，微合金化技术选用是有区别的。对钛、铌、钒三种微合金化元素，选用的一般原则如下：
●钛(Ti)微合金化：钛是最早应用的微合金化元素。过去国内外钢铁材料标准中均有许多含Ti钢种，我国含Ti钢种有15MnTi、13MnTi、14M- VTi、20Ti、10Ti等。由于含钛钢生产对工艺敏感、控制困难，导致性能波动大，已逐渐被淘汰。目前，Ti微合金化主要用于微Ti处理(0.02%)，利用TiN颗粒的高温稳定性来控制奥氏体晶粒长大，改善钢的韧性和焊接性。
●钒(V)微合金化：钒加入钢中主要起沉淀强化作用，它适合各种碳含量的钢种，加入量一般小于0.20%。在我国所有已纳入国家标准的钢的牌号中，含钒钢牌号有139种，占所有钢材牌号的57%，可见含钒钢在我国是主导品种。
●铌(Nb)微合金化：铌作为微合金化元素加入钢中，主要是通过低温控轧起细化晶粒的作用。铌微合金化技术特别适合高强度热连轧带钢产品的生产。含铌微合金化钢的主要应用领域包括汽车用冷/热轧钢板、管线钢、桥梁钢、工程机械用钢等。
根据目前我国国民经济建设对钢材品种的需求，结合我国的资源特点，我国急需扩大含钒微合金钢品种。由于经济建设的高速发展，建筑用钢供不应求，导致钢铁行业投资过大，造成资源紧缺、能源紧张以及交通运输压力过大等—系列问题。提升我国建筑用钢的品种质量，降低钢材的消耗是当务之急。建筑用钢以长形材为主，适合采用钒及钒氮微合金化技术。
最近几年，在国家有关部门的大力支持下，经过有关科研单位与生产企业的共同努力，我国钒氮微合金化钢的生产得到了快速发展。以建筑用螺纹钢筋为例，采用V-N微合金化，我国成功地开发出低成本HRB400钢筋的生产技术。V-N微合金化钢筋中利用了廉价的氮元素，充分发挥了钒的作用，达到了减少合金用量、降低成本的目的。与过去采用的V-Fe微合金化技术路线相比，V-N微合金化钢筋中合金元素的添加量减少一半，并且钢筋的性能更加稳定，达到了一级抗震的要求。目前，V-N微合金化HRB400钢筋的生产技术在全国范围内推广使用，得到了生产企业及用户部门的认可。随着新建筑规范的实施，建筑行业对Ⅲ级钢筋的需求将不断增长。钢筋产品从Ⅱ级升级到Ⅲ级，钢筋的消耗量减少14%。若能够进一步升级到500MPa级的IV钢筋，可再减少16%的用钢量。相对Ⅱ级钢筋来说，采用Ⅳ级钢筋可节约钢筋用量 35%左右。可以看出，钢筋升级换代在我国具有显著的社会和经济效益。V-N微合金化HRB400钢筋的开发成功，对促进我国建筑钢筋的升级换代起到了有力的推动作用。除高强度钢筋外，V-N微合金化技术在中厚板、H型钢、CSP高强度带钢、无缝钢管、非调质钢等产品上也得到了广泛应用。但是，与世界水平相比，我国含钒钢的生产还存在很大差距。从世界范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85%，其中65%用在高强度低合金钢中。随着微合金化钢的发展，全世界钒的消耗强度已经提高到50千克/1000吨钢。而中国钒的消耗强度只有25千克/1000吨钢左右，仅相当于世界水平的一半。今后，我们应该加快发展含钒低合金钢，以满足市场需求。
为了满足国民经济发展的需求，增加我国的钢铁产能是一个必然的发展趋势。但是，钢铁生产要消耗大量的资源、能源并对环境造成影响。按照目前的发展趋势，今后我国无论在铁矿石、水、合金等资源条件、运输能力以及能源和环境等方面都将不堪重负。另外，钢铁行业也是投资大、回收周期长的行业，过分扩张将导致产能过剩，引发一系列社会问题。西方工业发达国家在经济快速增长过程中，钢铁业发展的经验教训值得我们借鉴。中国的钢铁工业在扩展产能的同时，必须考虑走可持续发展的道路。我们应当利用先进的钢铁生产技术，发展先进钢铁材料，通过调整产品结构，提升钢铁产品的质量和档次。我们应该用具有更高附加值的先进钢铁材料来代替传统的钢铁材料，以减少钢铁的消耗，缓解钢铁业发展对资源、能源、运输以及环境保护等方面的压力。
微合金化技术是20世纪钢铁材料领域最大的成就之一，对钢铁工业的发展起到了巨大的推动作用。微合金化钢具有高强度、低成本、高效率等特点，它是发展高附加值钢材产品最经济有效的途径。通过在钢中添加微量的钛、铌、钒等元素(小于0.2%)，依靠细化晶粒和沉淀强化作用，微合金化钢的强度成倍增加，这使微合金化技术在世界钢铁行业已经得到广泛接受。可以说，微合金化钢的生产已成为衡量一个国家钢铁工业发展水平的重要指标。目前，国际上微合金化钢占钢材总量的比例平均水平约为10%-15%，工业发达国家达到了30%左右，而我国还不足5%。大力推广应用微合金化技术，发展微合金化钢品种，对我国冶金行业的品种结构调整具有十分重大的意义。
随着研究工作的不断深入，人们对微合金化技术的认识、理解及其应用也逐渐成熟。针对各种不同用途的钢材品种，微合金化技术选用是有区别的。对钛、铌、钒三种微合金化元素，选用的一般原则如下：
●钛(Ti)微合金化：钛是最早应用的微合金化元素。过去国内外钢铁材料标准中均有许多含Ti钢种，我国含Ti钢种有15MnTi、13MnTi、14M- VTi、20Ti、10Ti等。由于含钛钢生产对工艺敏感、控制困难，导致性能波动大，已逐渐被淘汰。目前，Ti微合金化主要用于微Ti处理(0.02%)，利用TiN颗粒的高温稳定性来控制奥氏体晶粒长大，改善钢的韧性和焊接性。
●钒(V)微合金化：钒加入钢中主要起沉淀强化作用，它适合各种碳含量的钢种，加入量一般小于0.20%。在我国所有已纳入国家标准的钢的牌号中，含钒钢牌号有139种，占所有钢材牌号的57%，可见含钒钢在我国是主导品种。
●铌(Nb)微合金化：铌作为微合金化元素加入钢中，主要是通过低温控轧起细化晶粒的作用。铌微合金化技术特别适合高强度热连轧带钢产品的生产。含铌微合金化钢的主要应用领域包括汽车用冷/热轧钢板、管线钢、桥梁钢、工程机械用钢等。
根据目前我国国民经济建设对钢材品种的需求，结合我国的资源特点，我国急需扩大含钒微合金钢品种。由于经济建设的高速发展，建筑用钢供不应求，导致钢铁行业投资过大，造成资源紧缺、能源紧张以及交通运输压力过大等—系列问题。提升我国建筑用钢的品种质量，降低钢材的消耗是当务之急。建筑用钢以长形材为主，适合采用钒及钒氮微合金化技术。
最近几年，在国家有关部门的大力支持下，经过有关科研单位与生产企业的共同努力，我国钒氮微合金化钢的生产得到了快速发展。以建筑用螺纹钢筋为例，采用V-N微合金化，我国成功地开发出低成本HRB400钢筋的生产技术。V-N微合金化钢筋中利用了廉价的氮元素，充分发挥了钒的作用，达到了减少合金用量、降低成本的目的。与过去采用的V-Fe微合金化技术路线相比，V-N微合金化钢筋中合金元素的添加量减少一半，并且钢筋的性能更加稳定，达到了一级抗震的要求。目前，V-N微合金化HRB400钢筋的生产技术在全国范围内推广使用，得到了生产企业及用户部门的认可。随着新建筑规范的实施，建筑行业对Ⅲ级钢筋的需求将不断增长。钢筋产品从Ⅱ级升级到Ⅲ级，钢筋的消耗量减少14%。若能够进一步升级到500MPa级的IV钢筋，可再减少16%的用钢量。相对Ⅱ级钢筋来说，采用Ⅳ级钢筋可节约钢筋用量 35%左右。可以看出，钢筋升级换代在我国具有显著的社会和经济效益。V-N微合金化HRB400钢筋的开发成功，对促进我国建筑钢筋的升级换代起到了有力的推动作用。除高强度钢筋外，V-N微合金化技术在中厚板、H型钢、CSP高强度带钢、无缝钢管、非调质钢等产品上也得到了广泛应用。但是，与世界水平相比，我国含钒钢的生产还存在很大差距。从世界范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85%，其中65%用在高强度低合金钢中。随着微合金化钢的发展，全世界钒的消耗强度已经提高到50千克/1000吨钢。而中国钒的消耗强度只有25千克/1000吨钢左右，仅相当于世界水平的一半。今后，我们应该加快发展含钒低合金钢，以满足市场需求。
