⑴ 合金化是什么
提高钢的强度既简便又便宜的方法是增加碳含量。然而，这种方法使其他所希望的性能遭到消弱，如成型性，焊接性，韧性和其他一些性能。几个性能都重要的情况下的几种应用，碳含量必须保持在低水平。在低碳钢中为了获得高强度并同时保持高水平的综合性能最经济的方法是应用微合金化技术。
为什么要高强度
应用高强度钢可以降低板厚度从而在许多应用中降低重量。在汽车工业，车体减轻可以节省燃油从而保护环境（减少排气量）。在造船工业，船体减轻可以装载更多的货物。图3显示的是管道在管线结构中的应用。对于一个18m长，外径1000mm的管道，当用高强度钢X70代替低强度钢时其重量可以从14t降低到6t。另一个重要的例子是民用建筑，如图4所示，的建筑形式，用460MPa的高强度钢代替低强度钢（235MPa）可以节省材料40%，重量降低超过50%，焊接材料可以节约超过70%。
微合金化的效果
图5表明了主要微合金化元素Nb，V和Ti对提高强度和韧性的作用以及其强化机理。这三个元素均是通过细化晶粒和沉淀强化提高强度，但每种机理强化程度不同。Nb具有最强的晶粒细化强化效果，而V具有最强的沉淀强化效果，Ti介于上述两者之间。如图6所示，晶粒细化是唯一的能够同时提高韧性的强化机理。因此，当同时需要高强度和高韧性综合性能时就需要添加铌，譬如管线钢和结构钢。在图5中还可以反映出铌是经济有效的。如要使低碳钢的屈服强度提高100MPa，需要添加0.02%的铌，而钒则需要添加两倍的量。
铌的晶粒细化引起的强烈效果与其在轧制时通过固溶，特别是碳氮化铌析出延迟奥氏体再结晶有关系。图7显示了分别含Nb，V，Ti钢的效果。铌阻止在轧制最后阶段奥氏体的再结晶，促进了扁平晶粒的变形，从而导致非常细的铁素体晶粒。
铌的另一个重要影响是在中低碳钢中降低转变温度促使贝氏体组织的形成，这一研究已经比较多了，如图8所示。降低转变温度是由于在轧制过程中仍有一部分铌留在固溶体中而没有发生沉淀反应。这一效果在同时加入Nb和Mo或同时加入Nb和B时由于协同作用而加强，如图所示。其中一个实际例子是X80管线钢，铁素体-低珠光体组织在得到韧性要求的同时却达不到强度级别。
微合金化不仅仅对轧制产品有作用。V可以在热处理级别钢种提高强度，而铌可以细化晶粒。如图9所示，在正常热处理之后，铌明显的细化了晶粒。
为了得到所希望的高水平性能，在炼钢时很好的控制杂质含量如S、N、P等也是非常重要的，特别是对需要高韧性的板材产品。图10表明了S是如何影响冲击性能的。为了把S含量控制在低的水平，应用硫化物形状控制（通常用钙处理）对于避免生成对横向韧性有损害的延长硫化镁是非常重要的。
如图11所示，氮对热影响区的韧性的损害是非常大的，因此低氮是值得提倡的。这一损害可以用钛固定游离的氮以降低其影响。氮化钛在高温时非常稳定，因此它可以阻止晶粒的增长。图12显示了钛固氮处理提高热影响区韧性的益处。然而用钛需要很好的控制手段。加入到钢中的钛的量要以固定氮所需要的量为上限。如果多加了钛将促使形成碳化钛，这样对热影响区的韧性有损害，如图13所示。氮对焊接金属的韧性也是有影响的，如图14。
板材产品的微合金化
板材产品方面的技术进展可以作如下描述：
50年代后期： Nb的引入
60年代： 控制轧制的试验探索
70年代： 全面实行微合金化和控制轧制
80年代： 实行加速冷却
90年代： 实行直接淬火
图15表示的是微合金化元素Nb、V和Ti在不同的冷却工艺下在板材中的强化效果，Nb的提高强韧性的效果尤为突出。
微合金化板材有着非常广泛的应用，如管线钢，造船钢，海洋平台，民用建筑（桥梁、高架桥，建筑）以及其它领域。
如表1所示，管线钢产品的发展，表明虽然碳的含量在不断降低，但其强度却在增加，这一原因前面已经说明。提高到X80级的产品已经进行商业生产，一些钢铁公司已经开发了X100级别。提高抗氢致裂纹需要更严格的炼钢工艺并需要非常低的碳和硫含量，如表2所列的工业产品。
最后，表3对几种管线钢进行了总结，包括热轧和炉卷产品。在表中我们可以注意到一些钢中的含铌量高于正常情况的含铌量，在0.07~0.09%之间。这些钢最近几年在北美已经进行商业生产。高铌含量可以把奥氏体再结晶延迟到更高的温度（如图7所示），这使控轧工艺更加宽松，如高的终轧温度，这对有功率限制的钢板轧机是有益的。而且，这些超低碳高Nb钢具有非常好的韧性特性。
对于海洋平台和造船业来讲，自70年代以来的趋势是降低含碳量，特别是在高焊接工作量并需要提高焊接性能的情况下。表4显示的是分别通过正常的热处理和加速冷却工艺生产的335MPa级的典型的化学成分。
在民用建筑方面，图16表明了在瑞典现代桥梁应用的高强度微合金化钢。用高强度钢，屈服强度460MPa级，热机械工艺（TMCP）可以降低重量15，000t，降低费用2500万美元。表5显示的是50mm厚结构板材产品典型的化学成分，工艺分别为正常情况（N），控轧（TM），淬火和回火（QT），热机械工艺（TMCP）和直接淬火（DQ）。最近几年，安全防火变得越来越重要。如图17所示，防火结构钢已经发展起来，该钢添加Nb和Mo以提高高温强度。
汽车工业用热轧和冷轧薄钢板
在70年代初第一次石油危机之后，微合金化热轧和冷轧薄钢板在汽车工业获得了广泛应用。用高强度钢代替低强度钢过去是现在依然是降低汽车车重的有效方法，以节省燃料。安全方面的需要也激发了高强度钢的应用。
热轧薄钢板
热轧低合金高强度钢（HSLA）薄钢板主要用于卡车的底盘部分，也用于大客车的车轮，轮毂等部件。传统的屈服强度水平在350MPa到550MPa之间，具有铁素体加少量珠光体组织。表6列出了一些典型的化学成分。过去，这些钢也用Ti作为主要微合金化元素来生产，尤其是在过去钢的含硫水平比较高。加入钛的另外一个主要作用是控制硫化物的形状。但是由于其碳化物形成的动力学原因，轧制工艺十分复杂，大部分情况下是不允许的，以避免出现典型的最终产品性能大范围的分散，图18。在铁素体-少量珠光体钢中，当薄板的厚度方向需要使用两种微合金化元素来获得更高的强度时，Nb和V的结合将使性能分散范围小些。以上考虑涉及到Ti的碳化物沉淀强化作用。如果只用来固定N，则Ti很有效。在含Nb钢中，强度进一步提高，因为更多的Nb将使铸造性能也得到改善。
最近，开发出690MPa级卡车大梁用钢，它利用了在由热带轧机直接轧出的贝氏体钢中所有的强化机理，图19。表7列出了两种欧洲产品的合金设计。
铁素体-贝氏体钢，含10~30%的贝氏体，用于车轮、轮毂和底盘，它比铁素体-珠光体钢具有更优越的凸缘压边延伸性能。与铁素体-马氏体——双相钢相反，当焊接的轮毂轮箍被拉伸时，使用这种钢不会出现局部颈缩。如图20所示，当合金设计、轧制参数——卷取温度——得到控制从而第二相主要为贝氏体相时，就可达到强度和成型性的最优配合。
冷轧薄钢板
传统的微合金高强度冷轧薄板用钢在汽车工业已使用了25年，但部分汽车零件不需要高的成型性。图21显示了罩式退火钢板的典型化学成分。传统的微合金钢也可在连续退火线上生产，此时，对于给定的钢种，可以获得更高的强度。例如，如图22所示的用于汽车侧挡板的双相钢。
更复杂形状的产品——汽车车体（integrated
panels）的开发以及传统钢达不到罩式退火同样的成型性而引入连续退火生产薄钢板，需要开发一种新的类型钢，即无间隙钢——超低碳IF钢。
无间隙钢添加Ti、Nb或Ti+Nb生成无间隙原子。尤其在镀锌产品中，TiNb无间隙钢可获得最优配合的机械性能以及更好的表面质量，如图23、24、25、26、27、28所示。仅添加Ti的无间隙钢易于产生表面缺陷。
匹兹堡大学的最新研究工作已经表明，当铌在铁素体晶界溶解时，它能起到重要的作用。晶界处溶解的铌改善冷加工脆性，并能降低镀锌产品的粉化趋势。
用于锻造的微合金钢
微合金化技术在锻造汽车零件钢中的应用允许除掉传统的淬回火热处理生产汽车零件，从而显著节省生产成本。表8列出了一些在市场上出现的钢种。
现已生产了仅含微合金元素V、仅含Nb以及Nb、V复合微合金钢。研究表明，复合添加Nb和V对提高强度比单独添加这两种微合金元素中的任何一种更有效。Nb提高了V的析出潜能。
在这种产品上，最新成果包括有直接淬火（马氏体）或空冷获得的低碳马氏体+贝氏体或贝氏体钢，它们表现出韧性得到改善。表9给出了一个例子。
高强度紧固件与悬挂弹簧
传统的冷锻高强度紧固件用钢为中碳钢，由淬回火得到最终产品所需的性能。用低碳微合金钢替代中碳钢，不需要热处理就能得到最终所需的机械性能，并且消除了在收线过程中的中间球化处理。表10给出了8.8级钢（铁素体—珠光体）与10.9级钢（铁素体—贝氏体）的化学成分。
悬挂弹簧是另一种使用微合金化技术而达到减重的产品。北美生产出热处理后抗拉强度为2000MPa级、HRc为53-55的钢。化学成分与机械性能在表11中列出。
渗碳钢
在渗碳处理钢中，尤其在温锻条件下，晶粒非正常长大较为普遍。这些钢中加入铌抑制晶粒非正常长大，这项技术已在日本使用多年，最近在北美也取得应用。微合金元素添加到这些钢中而带来的另一个好处是通过更高的加热温度而有可能减少渗碳时间。铌的加入抑制晶粒长大，因而使在更高温度渗碳成为可能。
结构用型钢
在结构用型钢技术上的最新主要进展是仅使用一种化学成分就可满足几种技术条件的含铌结构型钢/横梁钢已工业化。这种由Chaparral钢铁公司开发的“多级别”钢，典型的成分仅含0.01-0.02%Nb（目标为0.015%），这足够将ASTM
A36的屈服强度提高到345MPa以上而抗拉强度限制在550MPa以下，从而既能满足ASTM A36又能满足 ASTM
A572-50的技术条件。铌是选择性添加微量元素，因为为了满足50级钢的最低屈服强度要求，可能要多添加一些V，为0.02-0.03%（与0.015%Nb相比），这会提高结构型钢的抗拉强度，使它接近或超过550MPa，而当满足A572-50的技术要求时，又超过了A36所允许的要求。其它ASTM钢的技术要求可由A572-42、A572-50、A529-42、A5290-50、A709-36与A709-50等多级别钢满足。
钢筋
该产品用于大型混凝土结构以提高抗拉能力。大直径高强度级别钢筋添加了V和Nb。一些现代轧钢厂采用水冷技术取代微合金化提高强度。图29为V和Nb在焊接用钢筋中的强化效果。
世界微合金化钢的发展
世界微合金化钢的发展可由Nb的总消耗量来描述，因为Nb是一种主要微合金化元素，并且75%的Nb用于微合金化钢，见图30。70年代Nb的消耗量急剧上升。当时控轧工艺在全世界范围内被采用，同时汽车工业使用量也在增加。80年代是稳定期，但微合金化钢产量继续增加。Nb消耗量的稳定是因为钢铁厂效率的提高，如连铸设备的安装、加速冷却，对给定量的最终产品，这可节省原材料。然而在Nb消耗量达到饱和点后，在90年代Nb的需求又显著增加。这是受许多重要的钢铁公司产品结构调整的影响，他们的品种集中在附加值产品，包括微合金化钢。图31很好的显示出在欧洲微合金化钢增加情况。从图中明显看出，在该地区，与粗钢相比，FeNb的消耗量显著增加。在欧洲，每吨钢中的FeNb为60g。
除了微合金钢产量增加外，Nb使用领域也在增加。如图32所示，在70年代中期，Nb主要用在管线钢产品。为开发该产品中而发展起来的微合金化技术在随后的时间里被应用在其他领域，如该图所示的2000年情况。
结论
微合金化技术是一条生产高强度和其它所需性能的高质量产品的经济有效途径。
世界范围内的微合金化钢的产量不断增加。新的钢种已开发出来，并应用在许多领域，保持着钢在材料领域的良好竞争能力。
⑵ 什么是合金化
提高钢的强度既简便又便宜的方法是增加碳含量。然而，这种方法使其他所希望的性能遭到消弱，如成型性，焊接性，韧性和其他一些性能。几个性能都重要的情况下的几种应用，碳含量必须保持在低水平。在低碳钢中为了获得高强度并同时保持高水平的综合性能最经济的方法是应用微合金化技术。
为什么要高强度
应用高强度钢可以降低板厚度从而在许多应用中降低重量。在汽车工业，车体减轻可以节省燃油从而保护环境（减少排气量）。在造船工业，船体减轻可以装载更多的货物。图3显示的是管道在管线结构中的应用。对于一个18m长，外径1000mm的管道，当用高强度钢X70代替低强度钢时其重量可以从14t降低到6t。另一个重要的例子是民用建筑，如图4所示，的建筑形式，用460MPa的高强度钢代替低强度钢（235MPa）可以节省材料40%，重量降低超过50%，焊接材料可以节约超过70%。
微合金化的效果
图5表明了主要微合金化元素Nb，V和Ti对提高强度和韧性的作用以及其强化机理。这三个元素均是通过细化晶粒和沉淀强化提高强度，但每种机理强化程度不同。Nb具有最强的晶粒细化强化效果，而V具有最强的沉淀强化效果，Ti介于上述两者之间。如图6所示，晶粒细化是唯一的能够同时提高韧性的强化机理。因此，当同时需要高强度和高韧性综合性能时就需要添加铌，譬如管线钢和结构钢。在图5中还可以反映出铌是经济有效的。如要使低碳钢的屈服强度提高100MPa，需要添加0.02%的铌，而钒则需要添加两倍的量。
铌的晶粒细化引起的强烈效果与其在轧制时通过固溶，特别是碳氮化铌析出延迟奥氏体再结晶有关系。图7显示了分别含Nb，V，Ti钢的效果。铌阻止在轧制最后阶段奥氏体的再结晶，促进了扁平晶粒的变形，从而导致非常细的铁素体晶粒。
铌的另一个重要影响是在中低碳钢中降低转变温度促使贝氏体组织的形成，这一研究已经比较多了，如图8所示。降低转变温度是由于在轧制过程中仍有一部分铌留在固溶体中而没有发生沉淀反应。这一效果在同时加入Nb和Mo或同时加入Nb和B时由于协同作用而加强，如图所示。其中一个实际例子是X80管线钢，铁素体-低珠光体组织在得到韧性要求的同时却达不到强度级别。
微合金化不仅仅对轧制产品有作用。V可以在热处理级别钢种提高强度，而铌可以细化晶粒。如图9所示，在正常热处理之后，铌明显的细化了晶粒。
为了得到所希望的高水平性能，在炼钢时很好的控制杂质含量如S、N、P等也是非常重要的，特别是对需要高韧性的板材产品。图10表明了S是如何影响冲击性能的。为了把S含量控制在低的水平，应用硫化物形状控制（通常用钙处理）对于避免生成对横向韧性有损害的延长硫化镁是非常重要的。
如图11所示，氮对热影响区的韧性的损害是非常大的，因此低氮是值得提倡的。这一损害可以用钛固定游离的氮以降低其影响。氮化钛在高温时非常稳定，因此它可以阻止晶粒的增长。图12显示了钛固氮处理提高热影响区韧性的益处。然而用钛需要很好的控制手段。加入到钢中的钛的量要以固定氮所需要的量为上限。如果多加了钛将促使形成碳化钛，这样对热影响区的韧性有损害，如图13所示。氮对焊接金属的韧性也是有影响的，如图14。
板材产品的微合金化
板材产品方面的技术进展可以作如下描述：
50年代后期： Nb的引入
60年代： 控制轧制的试验探索
70年代： 全面实行微合金化和控制轧制
80年代： 实行加速冷却
90年代： 实行直接淬火
图15表示的是微合金化元素Nb、V和Ti在不同的冷却工艺下在板材中的强化效果，Nb的提高强韧性的效果尤为突出。
微合金化板材有着非常广泛的应用，如管线钢，造船钢，海洋平台，民用建筑（桥梁、高架桥，建筑）以及其它领域。
如表1所示，管线钢产品的发展，表明虽然碳的含量在不断降低，但其强度却在增加，这一原因前面已经说明。提高到X80级的产品已经进行商业生产，一些钢铁公司已经开发了X100级别。提高抗氢致裂纹需要更严格的炼钢工艺并需要非常低的碳和硫含量，如表2所列的工业产品。
最后，表3对几种管线钢进行了总结，包括热轧和炉卷产品。在表中我们可以注意到一些钢中的含铌量高于正常情况的含铌量，在0.07~0.09%之间。这些钢最近几年在北美已经进行商业生产。高铌含量可以把奥氏体再结晶延迟到更高的温度（如图7所示），这使控轧工艺更加宽松，如高的终轧温度，这对有功率限制的钢板轧机是有益的。而且，这些超低碳高Nb钢具有非常好的韧性特性。
对于海洋平台和造船业来讲，自70年代以来的趋势是降低含碳量，特别是在高焊接工作量并需要提高焊接性能的情况下。表4显示的是分别通过正常的热处理和加速冷却工艺生产的335MPa级的典型的化学成分。
在民用建筑方面，图16表明了在瑞典现代桥梁应用的高强度微合金化钢。用高强度钢，屈服强度460MPa级，热机械工艺（TMCP）可以降低重量15，000t，降低费用2500万美元。表5显示的是50mm厚结构板材产品典型的化学成分，工艺分别为正常情况（N），控轧（TM），淬火和回火（QT），热机械工艺（TMCP）和直接淬火（DQ）。最近几年，安全防火变得越来越重要。如图17所示，防火结构钢已经发展起来，该钢添加Nb和Mo以提高高温强度。
汽车工业用热轧和冷轧薄钢板
在70年代初第一次石油危机之后，微合金化热轧和冷轧薄钢板在汽车工业获得了广泛应用。用高强度钢代替低强度钢过去是现在依然是降低汽车车重的有效方法，以节省燃料。安全方面的需要也激发了高强度钢的应用。
热轧薄钢板
热轧低合金高强度钢（HSLA）薄钢板主要用于卡车的底盘部分，也用于大客车的车轮，轮毂等部件。传统的屈服强度水平在350MPa到550MPa之间，具有铁素体加少量珠光体组织。表6列出了一些典型的化学成分。过去，这些钢也用Ti作为主要微合金化元素来生产，尤其是在过去钢的含硫水平比较高。加入钛的另外一个主要作用是控制硫化物的形状。但是由于其碳化物形成的动力学原因，轧制工艺十分复杂，大部分情况下是不允许的，以避免出现典型的最终产品性能大范围的分散，图18。在铁素体-少量珠光体钢中，当薄板的厚度方向需要使用两种微合金化元素来获得更高的强度时，Nb和V的结合将使性能分散范围小些。以上考虑涉及到Ti的碳化物沉淀强化作用。如果只用来固定N，则Ti很有效。在含Nb钢中，强度进一步提高，因为更多的Nb将使铸造性能也得到改善。
最近，开发出690MPa级卡车大梁用钢，它利用了在由热带轧机直接轧出的贝氏体钢中所有的强化机理，图19。表7列出了两种欧洲产品的合金设计。
铁素体-贝氏体钢，含10~30%的贝氏体，用于车轮、轮毂和底盘，它比铁素体-珠光体钢具有更优越的凸缘压边延伸性能。与铁素体-马氏体——双相钢相反，当焊接的轮毂轮箍被拉伸时，使用这种钢不会出现局部颈缩。如图20所示，当合金设计、轧制参数——卷取温度——得到控制从而第二相主要为贝氏体相时，就可达到强度和成型性的最优配合。
冷轧薄钢板
传统的微合金高强度冷轧薄板用钢在汽车工业已使用了25年，但部分汽车零件不需要高的成型性。图21显示了罩式退火钢板的典型化学成分。传统的微合金钢也可在连续退火线上生产，此时，对于给定的钢种，可以获得更高的强度。例如，如图22所示的用于汽车侧挡板的双相钢。
更复杂形状的产品——汽车车体（integrated
panels）的开发以及传统钢达不到罩式退火同样的成型性而引入连续退火生产薄钢板，需要开发一种新的类型钢，即无间隙钢——超低碳IF钢。
无间隙钢添加Ti、Nb或Ti+Nb生成无间隙原子。尤其在镀锌产品中，TiNb无间隙钢可获得最优配合的机械性能以及更好的表面质量，如图23、24、25、26、27、28所示。仅添加Ti的无间隙钢易于产生表面缺陷。
匹兹堡大学的最新研究工作已经表明，当铌在铁素体晶界溶解时，它能起到重要的作用。晶界处溶解的铌改善冷加工脆性，并能降低镀锌产品的粉化趋势。
用于锻造的微合金钢
微合金化技术在锻造汽车零件钢中的应用允许除掉传统的淬回火热处理生产汽车零件，从而显著节省生产成本。表8列出了一些在市场上出现的钢种。
现已生产了仅含微合金元素V、仅含Nb以及Nb、V复合微合金钢。研究表明，复合添加Nb和V对提高强度比单独添加这两种微合金元素中的任何一种更有效。Nb提高了V的析出潜能。
在这种产品上，最新成果包括有直接淬火（马氏体）或空冷获得的低碳马氏体+贝氏体或贝氏体钢，它们表现出韧性得到改善。表9给出了一个例子。
高强度紧固件与悬挂弹簧
传统的冷锻高强度紧固件用钢为中碳钢，由淬回火得到最终产品所需的性能。用低碳微合金钢替代中碳钢，不需要热处理就能得到最终所需的机械性能，并且消除了在收线过程中的中间球化处理。表10给出了8.8级钢（铁素体—珠光体）与10.9级钢（铁素体—贝氏体）的化学成分。
悬挂弹簧是另一种使用微合金化技术而达到减重的产品。北美生产出热处理后抗拉强度为2000MPa级、HRc为53-55的钢。化学成分与机械性能在表11中列出。
渗碳钢
在渗碳处理钢中，尤其在温锻条件下，晶粒非正常长大较为普遍。这些钢中加入铌抑制晶粒非正常长大，这项技术已在日本使用多年，最近在北美也取得应用。微合金元素添加到这些钢中而带来的另一个好处是通过更高的加热温度而有可能减少渗碳时间。铌的加入抑制晶粒长大，因而使在更高温度渗碳成为可能。
结构用型钢
在结构用型钢技术上的最新主要进展是仅使用一种化学成分就可满足几种技术条件的含铌结构型钢/横梁钢已工业化。这种由Chaparral钢铁公司开发的“多级别”钢，典型的成分仅含0.01-0.02%Nb（目标为0.015%），这足够将ASTM
A36的屈服强度提高到345MPa以上而抗拉强度限制在550MPa以下，从而既能满足ASTM A36又能满足 ASTM
A572-50的技术条件。铌是选择性添加微量元素，因为为了满足50级钢的最低屈服强度要求，可能要多添加一些V，为0.02-0.03%（与0.015%Nb相比），这会提高结构型钢的抗拉强度，使它接近或超过550MPa，而当满足A572-50的技术要求时，又超过了A36所允许的要求。其它ASTM钢的技术要求可由A572-42、A572-50、A529-42、A5290-50、A709-36与A709-50等多级别钢满足。
钢筋
该产品用于大型混凝土结构以提高抗拉能力。大直径高强度级别钢筋添加了V和Nb。一些现代轧钢厂采用水冷技术取代微合金化提高强度。图29为V和Nb在焊接用钢筋中的强化效果。
世界微合金化钢的发展
世界微合金化钢的发展可由Nb的总消耗量来描述，因为Nb是一种主要微合金化元素，并且75%的Nb用于微合金化钢，见图30。70年代Nb的消耗量急剧上升。当时控轧工艺在全世界范围内被采用，同时汽车工业使用量也在增加。80年代是稳定期，但微合金化钢产量继续增加。Nb消耗量的稳定是因为钢铁厂效率的提高，如连铸设备的安装、加速冷却，对给定量的最终产品，这可节省原材料。然而在Nb消耗量达到饱和点后，在90年代Nb的需求又显著增加。这是受许多重要的钢铁公司产品结构调整的影响，他们的品种集中在附加值产品，包括微合金化钢。图31很好的显示出在欧洲微合金化钢增加情况。从图中明显看出，在该地区，与粗钢相比，FeNb的消耗量显著增加。在欧洲，每吨钢中的FeNb为60g。
除了微合金钢产量增加外，Nb使用领域也在增加。如图32所示，在70年代中期，Nb主要用在管线钢产品。为开发该产品中而发展起来的微合金化技术在随后的时间里被应用在其他领域，如该图所示的2000年情况。
结论
微合金化技术是一条生产高强度和其它所需性能的高质量产品的经济有效途径。
世界范围内的微合金化钢的产量不断增加。新的钢种已开发出来，并应用在许多领域，保持着钢在材料领域的良好竞争能力。
⑶ 河钢舞钢：钢种的分类及钢板中碳含量影响分析
(1)碳素钢指碳含量一般为0.02%〜2%的铁碳合金。其中含有限量的硅、锰和磷、硫及其他微量残余元素。一般统称为非合金钢，但碳素钢的内涵没有非合金钢广泛，不包括具有特殊性能的非合金钢。
碳素钢按碳含量分类：
①低碳钢：碳含量小于0.25%的碳素钢。
②中碳钢：碳含量为0.25%〜0.60%的碳素钢。
③高碳钢：碳含量大于0.60%的碳素钢。
(2)微合金化钢：指微合金化低合金高强度钢，是在低碳钢或低合金高强度钢中加人一种或多种能形成碳化物、氮化物或碳氮化物的微量合金元素的钢。常用的微合金元素为铌、钒和钛，可加一种或多种，如加人多种，其总含量一般不大于0.22%。
(3)低合金钢：至少应有一种合金元素的含量在GB/T13304相应规定界限范围内，合金元素总含量大于5%的钢。
(4)髙合金钢：合金元素含量大于10%的合金钢。高合金钢通常包括不锈钢、耐热钢、铬不锈轴承钢、高速工具钢及部分合金工具钢、无磁钢等。
以下为按用途及使用特性分类的钢：
(5)碳素结构钢：用于建筑、桥梁、船舶、车辆及其他结构，必须有一定的强度、必要时要求冲击性能和焊接性能的碳素钢。
(6)低合金高强度结构钢：用于建筑、桥梁、 船舶、车辆、压力容器及其他结构，碳含量（熔炼分析）一般不大于0.20%,合金元素含量总和一般不大于2.5%，屈服强度不小于295MPa,具有较好的冲击韧性和焊接性能的低合金钢。
(7)耐候钢（耐大气腐蚀钢)：加人铜、磷、铬、镍等元素提高耐大气腐蚀性能的钢。这类钢分为高耐候钢和焊接结构用耐候钢。
(8)建筑结构用钢：用于建造高层和重要建筑结构的钢。要求具有较高的冲击韧性、足够的强度、良好的焊接性能、一定的屈强比，必要时还要求厚 度方向性能。
(9)桥梁用钢：用于建造铁路和公路桥梁的钢。要求具冇较高的强度和足够的韧性、低的缺口敏感性、良好的低温韧性、抗时效敏感性、抗疲劳性能和焊接性能。主要用钢为Q345q、Q370q、Q420q等低合金高强度钢。
(10)船体用钢：焊接和其他性能良好，适用于修造船舶和舰艇壳体主要结构的钢。舰艇钢要求具有更高的强度、更好的韧性、抗爆性和抗深水压溃性。
(11)压力容器用钢：用于制造石油化工、气体分离和气体储运等设备的压力容器的钢。要求具有足够的强度和韧性、良好的焊接性能和冷热加工性 能。常用的钢主要是低合金高强度钢和碳素钢。
(12)低温用钢：用于制造在-20℃以下使用的压力设备和结构，要求具有良好的低温韧性和焊接性能的钢。根据使用温度不同，主要用钢冇低合金高强度钢、镍钢和奥氏体不锈钢。
(13)锅炉用钢：用于制造过热器、主蒸汽管、水冷壁管和锅炉汽包 的钢。要求具有良好的室温和高温力学性能、抗氧化和抗碱性腐蚀性能、足够的持久强度和持久断裂塑性。主要用钢有珠光体耐热钢（铬-钼钢）、奥氏体耐热钢（铬-镍钢）、优质碳素钢（20钢）和低合金高强度钢。
(14)管线用钢：石油、天然气长矩离输送管 线用钢。要求具有高强度、高韧性、优良的加工性、焊接性和抗腐蚀性等综合性能的低合金高强度钢。
(15)Z向性能钢：保证厚度方向性能，不易沿厚度方向产生裂纹，抗层状撕裂的钢。按厚度方向断面收缩率，这类钢分为 Z15、Z25、Z35 等3个级别。
(16)CF钢：在焊接前不用预热，焊接后不热处理的条件下，不出现焊接裂纹的钢。这类钢的合金元素含量少，碳含量和碳当量、焊接裂纹敏感指数都很低，纯洁度很高。
(17)锚链用钢：用于制作船舶锚链的圆钢。要求具有较高的强度和韧性。主要采用含锰的低碳钢或中碳钢。
(18)混凝土钢筋用钢：用于泥凝土构件钢筋的钢。要求具有一定的强度和焊接性能、冷弯性能，常采用低合金钢和碳素钢，有热轧钢筋和冷乳钢筋，外形有带肋和光圆两种。
(19)矿用钢：以煤炭强化开采为主的矿山用钢，包括巷道支护、液压支架管、槽帮钢、圆环链、刮板钢等。主要采用耐磨低合金钢。
(20)汽车用钢：主要包括车身、车架和车轮用钢，要求有良好的成型性能、焊接性能、耐蚀性能及涂装性能等。
(21)车辆用钢：用于制造铁道货车和客车车厢的钢。要求具有足够的强度、韧性和良好的耐蚀性。主要使用含有磷、铜、铬、镍的高耐候低合金钢。
(22)车轮钢：用于制造铁道车轮的钢。要求具有较高的强度、韧性、抗疲劳性、耐磨性和抗热裂性。主要采用低合金钢和碳素钢。
(23)车轴钢：用于制造铁道机车车轴的钢。要求钢具有良好的冲击韧性和很髙的抗拉强度。通常采用含锰量较高的中碳钢。
(24)钢轨钢：用于制造重轨、轻轨、起重机轨和其他专用轨的钢。要求具有足够的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性。主要采用含锰较高的高碳钢（轻轨为中碳钢）和含锰、硅、钒、铜的低合金钢。
(25)焊接用钢：用于对钢材进行焊接的钢（包括焊条、焊丝、焊带）。对化学成分要求比较严格，要控制碳含量，限制硫、磷等有害元素。按化学成分，焊接用钢可以分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。
(26)易切削钢：在钢中加人硫、磷、铅、砸、锑、钙等元素（加入一种或一种以上）明显的改善切削性能，以利于机械加工自动化的钢。
(27)深冲用钢：具有优良冲压成型性能的钢。通常为钥镇静的低碳钢。一般通过降低碳、硅、锰、硫、磷含量，控制铝含量范围和加工工艺，以获得最佳深冲性能。按冲压级别分为深冲钢和超深冲钢。
(28)IF钢：在含碳量不大于0.01%的低碳钢中加人适量的钬、铌，使其吸收钢中的间隙原子碳、氮，形成碳化物、氮化物粒子，获得深冲性能极佳的钢。
(29)双相钢：一种低合金高强度可成型的钢。显微组织由软的铁素体晶粒基体和硬的弥散马氏体颗粒组成，具有较高的强度和塑性以及较好的成型性能。
(30)烘烤硬化钢：钢中Nb和Ti含量没有IF钢髙，使得BH钢中含有一定数量的碳和氮间隙原子，但这些间隙原子并没有影响其冲压性能，或者影响不 大。BH钢板主要应用在汽车外壳上，它经过冲压后要进行喷漆和烤漆。在冲压成形过程中产生了位错，在随后的170t上下的温度范围内烘烤涂漆时，固溶碳原子集结到位错的周围，形成“科氏气团”，将位错钉扎住，使带钢的强度上升，强度提高40〜80MPa,产生人工应变时效硬化。这种钢最突出的优点在于具有较低的屈服强度，易于冲压成形，经烘烤后带钢的强度得到进一步提高。
(31)相变诱导塑性钢：通过相变诱导塑性效应而使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体形核，引人相变强化和塑性增长机制，提高钢板的强度和韧性。trip钢具有多相组织，既有软相铁素体，也有硬相贝氏体，还有亚稳定的残余奥氏体，在变形过程中能逐步转化成马氏体。trip钢组织决定了其优异的力学性能，因此trip钢在具有高强度的同时还具有优异的塑性。铁素体是软相，在拉伸 过程中能协调贝氏体的变形；贝氏体能提高trip钢的强度；奥氏体在室温拉伸时转化成马氏体，马氏体相变产生应力松弛，使塑性增加。另外相变生成的马氏体又能够强化trip钢，使 trip钢的强度提高。trip钢与其他同级别的高强度钢相比，最大特点是兼具高强度和高延伸性能，可冲制较复杂的零件；还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。
(32)孪晶诱导塑性钢：twip钢抗拉强度可以达到600〜llOOMPa，伸长率可达到60%〜95%。twip钢的成分通常主要是铁，添加 15%〜30%的Mn，并加人少量Al和Si，也有再加人少量的Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb等元素。在TV的层错能大于20mJ/m2时会发生机械孪晶，所有增加层错能的合金都有助于孪 晶发生，比如铝就增加层错能，硅则降低层错能。twip钢在无外载荷时，冷却到室温下的组织是稳定的残余奥氏体，在外部载荷下，因为应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无颈缩延伸，并且会显示非常优异的力学性能，如高的应变硬化率、高的塑性值和高的强度。
(33)非调质钢：在中碳钢中添加钒、铌、钛等微量元素，通过控制轧制（或锻制）温度和冷却工艺产生强化相，使塑性变形与固态相变相结合，获得与调质钢相当的良好综合性能的钢。
(34)调质钢：中碳或低碳结构钢先经过粹火后再经过 高温回火处理，获得较高的强度和冲击韧性等更好的综合力学性能的钢。
(35)超高强度钢：屈服强度和抗拉强度分别超过1200MPa和1400MPa的钢。其主要特点是具有很髙的强度，足够的韧性，能承受很大的应力，同时具有很大的比强度，使结构尽可能地减轻自重。
(36)优质碳素结构钢：与普通碳素结构钢比较，硫、 磷及非金属夹杂物含量较低的钢。按碳含量和用途不同分为低碳钢、中碳钢和高碳钢等3类，主要用于制造机械零部件和弹簧等。
(37)合金结构钢：在碳素结构钢的基础上加人适当的合金元素，主要用于制造截面尺寸较大的机械零件的钢。具有合适的淬透性，经相应热处理后有较高的强度、韧性和疲劳强度，较低的脆性转变温度。这类钢主要包括调质钢、表面硬化钢和冷塑性成型钢。
(38)压力加工用钢：供压力加工（如轧、锻、拉拔等）经过塑性变形制成零件或产品用的钢。按加工前钢是否先经加热，分为热压力加工用钢和冷压力 加工用钢。
(39)切削加工用钢：供切削机床（如车、铣、 刨、磨等）在常温下切削加工成零件的钢。
(40)冷顶锻用钢：用于在常温下进行镦粗，制造铆钉、螺栓和螺母用的钢。在钢牌号前面加字母“ML”表示。除了化学成分和力学性能外，还要求表面脱碳层和冷顶锻性能等。主要是优质碳素结构钢和合金结构钢。
(41)保证淬透性钢：按相关标准规定的端淬法进行端部淬火，保证距离淬火端一定距离内硬度的上下限在一定范围内的钢。这类钢的牌号常用“H”（保证淬透性带的符号）表示。
(42)装甲钢：制造坦克、装甲等防御各种穿甲弹、破甲弹的钢板钢。要求具有较高的硬度和足够的韧性，特别是低温韧性。通常为中碳合金钢。
(43)枪钢：制造各种手枪、步枪、机关枪的枪管和射击 机构等部件用钢。
(44)火炮用钢：制造不同类型火炮的炮身、炮尾和炮门等主要结构件用钢。要求具有高强度、高韧性和耐蚀性能。通常使用中碳铬-镍-钼钢。
(45)炮弹用钢：制造炮弹弹体用钢，要求强度和硬度高，在爆炸载荷作用下破片率高。一般用中碳钢或中碳合金钢。
(46)渗碳钢：用于表面渗碳的钢，包括碳钢和合金钢。一般含碳最为0.10%〜0.25%。表曲渗碳后，经过淬火和低温回火，提高表面硬度，而心部具有足够的韧性。
(47)渗氮钢：含有铬、铝、钼、钛等元素，经渗氮处理后，使表面硬化的钢。
(48)弹簧钢：制造各种弹簧和弹性元件的钢。要求具有优异的力学性能 (特别是弹性极限、强度极限和屈强比）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、耐腐蚀）、加工成型性能。按化学成分可分为碳素弹簧钢、合金弹簧钢和特殊弹簧钢。
(49)工具钢：用于制造各种切削工具、成型工具及测量工具用钢的总称。通常分为非合金工具钢、合金工具钢和高速工具钢。要求的性能主要是强度、韧性、硬度、 耐磨性和回火稳定性。
(50)碳素工具钢：不添加合金元素，用于制造各种一般的小型工具的钢。含碳量在0.65%〜1.35%之间，属于共析钢或过共析钢。
(51)合金工具钢：含有较高的碳和铬、钨、钼、钒、镍等合金元素的工具钢。按用途和性能可分为量具刃具钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢和无磁模具钢等。
(52)高速工具钢：主要用作机床高速切削工具的高碳高合金钢。按合金基本组成系列分成钨系钢、钼系钢、钨钼系和钻钼系钢等。按用途分为通用型高速钢和超硬沏高速钢。
(53)轴承钢：滚动轴承的滚珠、滚柱、内圈、外圈所用的合金钢。要求具有高疲劳强度和耐磨性、纯洁度和组织均匀性。按其成分和用途可分为高碳铬轴承钢、 渗碳轴承钢、不锈轴承钢和高温轴承钢四类。
(54)不绣钢：铬含量不小于10.5%的不镑钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指在大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质中不易生锈的钢。耐酸钢是指在酸、碱、盐等侵蚀性 较强的介质中能抵抗腐蚀作用的钢。
(55)耐热钢：在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。包括抗氧化钢（或称为耐热不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相当的抗氧化性。
(56)无磁钢：以碳、锰、铬、镍、氮等为主要合金成分，具有稳定的奥氏体组织，没有磁性或磁性极低的合金钢。
(57)阀门钢：以铬及硅、镍、钼为主要合金元素，主要作内燃机进气阀、排气阀用的耐热钢。
(58)叶片钢：以铬及钼、镍、钨、钒等为主要合金元素，制造汽轮机叶片用的钢。根据工作温度不同，要求常温力学性能及高温瞬时力学性能和持久强度及塑性、 蠕变强度等。
(59)电工用桂钢：主要用于各种变压器、电动机和发动机铁芯，碳含量极低，硅含量一般在0.5%〜4.5%的硅铁软磁材料。分为晶粒取向硅钢和晶粒无取向硅钢两类。
(60)晶粒取向挂钢：通过形变和再结晶退火使晶粒发生 择优取向，晶粒取向沿着轧制方向排列.轧制方向的磁性明显优于垂直乳制方向。一般含硅 量约3.2%。
(61)晶粒无取向硅钢：沿轧制方向和垂直轧制方向 具有大致相同的磁性能的硅钢。
(62)电工用纯铁：用于制造电磁元件，碳和其他杂质元素含量都很低，具有磁感强度和磁导率高、矫顽力低等特性的非合金化的铁某软磁材料。
以下为按冶炼方法和脱氧程度分类的钢：
(63)转炉钢：用转炉冶炼的钢。按炉衬耐火树料性质分为械性转炉钢和酸性转炉钢。按气体（氧气）吹人炉内的方式分为顶吹转炉钢、底吹转炉钢、侧吹转炉钢和顶底复合吹转炉钢等。
(64)电炉钢：利用电加热的方法在电炉中冶炼的钢。按加热方式和炉沏的不同，电炉钢分为电弧炉钢、真空电弧炉钢（真空自耗钢）、感应炉钢、真空感应炉钢、电渣钢和电子束炉钢等。
(65)电弧炉钢：在电弧炉中利用电极电弧高温冶炼的钢。
(66)真空电弧炉钢：用真空自耗工艺冶炼的钢。在真空下，利用电弧供热，将预制的成分符合要求的自耗电极重熔进行精炼。这种钢纯净度高，成分均匀，偏析少。
(67)感应炉钢：利用感应电热效应在感应炉中冶炼的钢。在非真空感应炉中冶炼的钢叫做非真空感应炉钢；在空感应炉中冶炼的钢叫做真空感应炉钢。
(68)电渣钢：把转炉、电炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成电极，通过电渣炉中的熔揸电阻热进行二次重熔的精炼工艺炼出的钢。
(69)炉外精炼钢：将电炉或转炉初炼过的钢液放到钢 包或其他专用容器中，采用脱气、脱氧、脱硫、脱碳、去除夹杂物和成分微调等精炼工艺冶炼的钢。
(70)镇静钢：浇注前钢液进行充分脱氧，浇注和凝固过程中钢液平静无 沸腾的钢。镇静钢组织致密，偏析小，成分均匀。
(71)半镇静钢：脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间的半脱氧的钢。 浇注时有微弱沸腾现象，钢的收得率比镇静钢高，偏析比沸腾钢小。
(72)沸腾钢：未经脱氧或进行轻度脱氧的钢。钢液在浇注时和没有凝固前，在锭模中发生碳氧反应，排出一氧化碳，产生强烈的沸腾现象。这类钢没有集中缩孔，钢的收得率高，但成分偏析大，质量不均匀。
以下为按金相组织分类的钢：
(73)奥氏体型钢：固溶退火后在常温下其组织为奥氏体的钢。
(74)奥氏体-铁素体型钢：固溶退火后在常温下为奥氏体与铁 素体双相组织的钢。
(75)铁素体型钢：在所有温度下均为稳定的铁素体组织的钢。
(76)马氏体型钢：在高温奥氏体化后冷却到常温能形成马氏体组织 的钢。
(77)沉淀硬化型钢：通过添加少量的铝、钛、铜等元素，经热处理后这些元素的化合物在钢的基体上沉淀析出而使基体硬化的钢。
(78)珠光体型钢：高温奥氏体（经退火）缓慢冷却到Ai (共析转变线）以下温度得到珠光体组织的钢。
(79)贝氏体型钢：高温奥氏体以一定的冷却速度过冷到Ms点（奥氏体 开始转变为马氏体的温度）以上一定温度，然后等温一定时间得到贝氏体组织的钢。
(80)莱氏体型钢：具有莱氏体组织的钢。高温下莱氏体是奥氏体和 渗碳体的共晶体，常温下莱氏体是珠光体和渗碳体的混合物。
(81)共析钢：碳含量为共析成分（一般碳含量为0. 80%)的珠光体组织的钢。
(82)亚共析钢：碳含量低于共析钢成分（一般碳含量为 0.02%〜0.80%)的铁素体和珠光体钢。
(83)过共析钢：碳含量高于共析成分（一般碳含量为0.8%〜2.0%)的珠光体和渗碳体组织的钢。