钒钛铌等微合金元素在低合金钢
鞍钢钒、钛、铌微合金钢的应用与开发林滋泉 敖列哥 郝 森 鞍山钢铁集团公司1 前言 七十年代以来，随着国家资源的开发和科学研究水平的提高，钒、钛、铌、氮等合金元素做为开发低合钢的有效元素得到了广泛的应用。
我国微合金元素储量丰富，氧化钒的储量达到2500万吨，占世界第三位；氧化钛的储量为6.289亿吨，几乎占世界总储量的45.58%；氧化铌储量为388万吨。
因此我国具有发展微合金化钢的巨大资源优势。
随着冶金生产设备和工艺技术的更新与变革，微合金元素的使用已使低合金高强度钢领域的品种发生了深刻的变化，微合金元素的开发与应用充实了低合金钢的物理冶金内容和强韧化原理［１］。
其中钒的应用已十分广泛，在我国已形成多种牌号的钒钢及钒微合金化钢，我国纳入国家标准的钢种号中，含钒钢牌号有139种，占所有钢种的57%，据统计我国钢铁业每年用钒量超过2000吨［2］。
尽管如此，我国低、微合金钢的生产还没有摆脱数量型发展模式，从低、微合金钢产品结构上看，20MnSi、U71Mn 重轨等条形材及部分16Mn 钢板占了主要部分。
若按国际通行计算方法计算，我国真正的低、微合金钢产量比例极低，特别是平材的比例更低，表1给出了1995年中国低、微合金占总钢产量的份额［３］。
它表明了中国的低、微合金钢产量、品种结构与世界先进国家差距甚远。
在全球经济一体化的今天，在世界钢铁生产能力趋于饱合的背景下，大力发展低、微合金钢，调整产品结构无疑是我国钢铁发展的必由之路。
含钒钢及钒、钛、铌微合金钢的开发应用前景非常广阔。
表1 1995年中国低、微合金钢产量份额年产量(万吨) 低、微合金钢产量(万吨) 占钢产量比例(%) 低、微合金钢板产量(万吨) 占钢产量(%) 9400.0365.823.8946.00.4892 鞍钢含钒微合金化钢的开发应用2.1 钒、钛、铌在钢中的微合金化作用合金元素钒在钢中的有利作用主要是以其碳、氧化物形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。
钒在铁素体中的溶解度比在奥氏体中的溶解度小的很多，随着相变的进行，在一定的热力学和动力学条件下，钒的碳、氮化物在相界析出，通过在两相区加速冷却，可以细化晶粒，控制其碳、氮化物的析出，其沉淀物的大小和分布，决定了其沉淀强化的效果。
由于钒和氮有很强的亲和力，在添加一定量的钒的同时，增加一定量的氮，使其强化效果更为有效。
图1表明了鞍钢开发的15MnVN 钢板不同温度条件下力学性能和析出相参数的关系，说明了在不同析出温度条件下，VC 析出量的变化对钢板力学性能指标的影响。
一般通过钒在铁素体中的沉淀析出，可使钢的强度增加100MPa 以上。
图1 950℃水冷后不同加火温度下析出相与力学性能的关系除了钒以外，钛元素也在低、微合金钢开发中起了重要作用，在低合金高强度钢中加入微量钛即可有效抑制钢中奥低体晶粒长大，尤其是对高温区奥氏体晶粒长大的抑制作用更为明显。
由于钛的析出可固定焊接件粗晶区的自由氮，并抑制焊缝区的晶粒长大，对钢的焊接性能有很大改善。
80年代中期，鞍钢有机会从国外进口较低价格的铌铁，逐步深入开展了含铌低合金钢的研究，由于铌在低C-Mn 钢中固溶阻滞或析出机制有明显图2 Nb、Ti 对钢再结晶性能的影响的抑制高温氏体再结晶发生的效果，使含铌钢在控轧控冷工艺中显示出很大的优越性。
图2给出了Nb、Ti 对奥氏体再结晶的影响。
钒、铌、钛的复合作用也是近年来鞍钢开展的工作之一。
如作为九江大桥用钢的15MnVN，对其母材及焊接接头的时效韧性提出了较严格的要求，而15MnVN 钢经大线能量焊接后，熔合线附近区域中固溶氮量增加，韧性下降，应时效不足［４］，国外非调质大线能量用钢多采用加入微量钛的方法，利用TiN 的析出以固定焊后粗晶区中自由氮，并抑制晶粒粗化，提高韧性。
图3给出了含钛量不同的三种15MnVN 钢焊接粗晶区的奥氏体晶粒尺寸，表明了在t8/5=60s 时的大线能量焊接热循环条件下微量钛的作用，晶粒度保持在7-8级。
图4给出了微量钛对15MnVN 钢焊接粗晶区析出相的影响。
表2是加入微量钛(0.029%)与未加钛的母材时效后的冲击韧性结果对比。
加钛后后15MnVN(C)钢母材对应变时效敏感性明显下降，时效后的冲击韧性也有所提高，特别是裂纹扩展功在总功中所占比例(59%)大大高于未加钛的A 钢(38%)。
说明钛与氮更强有力的结合使母材中自由态氮原子进一步减少。
既使经过5%塑性应变后，在时效处理中也不易形成钉扎位错的柯氏气团，显现出较小的脆化倾向。
衅5给出了含钛0.029%的15MnVN 钢与不含钛钢的时效冲击韧性对比，在-40℃下粗晶区时效韧性仍达到36J/cm2，而不含钛的钢在室温下冲击值也只有20J/cm2，说明在15MnVN 钢中加入微量钛对提高粗晶区韧性有明显作用。
图3 钛含量对15MnVN 钢焊接粗晶区和奥氏体晶粒度的影响表2 15MnVN 钢母材应变时效试验结果示波冲击功(-20℃，J)钢种应变时效处理状态总冲击功 裂纹形成功裂纹扩展功时效敏感系数% 未时效 47.5 17.9 29.4 - 15MnVN(A) (未加钛) 应变量5% 25 13 11.9 47 未时效 45 19 26 - 15MnVN(C) (Ti0.029%)应变量%30 14 1635图4 钛对15MnVN 钢焊接粗晶区析出相的影响图5 含0.029%钛与不含钛15MnVN 钢的时效冲击韧性对比钒在低合金高强度钢中还会影响到钢的转变特性，它能速珠光体的形成。
鞍钢开发的重轨U75SiMnV，在较高的碳、锰含量下加入钒，提高了钢轨的强度和耐磨性。
钒能够显著提高热轧珠光体钢的强度，主要是钒为强烈形成碳化物元素。
当钢在加热时，钒和碳、氮化物固溶于奥氏体中，在轧制和冷却过程中以钒的碳、氮化物形态析出，起到了强化的作用。
2.2 鞍钢钒、铌、钛钢的开发与应用 鞍钢是中国最早开发应用低、微合金钢的钢厂之一。
中国第一个低合金钢种16Mn 就是由鞍钢开发出来的。
七十年代起，钒、钛开始得到广泛应用。
八十年代由于铌铁价格下降，含铌的低合金钢研究得以深入。
近年来V、Ti、Nb 复合微合金化的研究成为人们关注的焦点。
在微合金钢中采用复合微合金化结合控轧、控冷工艺，通过控制复合加入的微合金元素有钢中的存在形式以及在加热、轧制和冷却过程中的溶解析出行为来影响钢的强韧性效果。
十几年来鞍钢为中国造船工业、石油化工、压力容器、汽车制造、水电、桥梁、工程机械制造、热电设备制造等行业提供了近70个新钢种。
基本满足市场需求，部分产品已走向国际市场。
近年来，鞍钢工艺技术装备得到了根本的改造，开发生产的低、微合金钢种也逐步向低碳、高纯净度、工艺优化方向发展。
2.2.1 建筑用钢的开发与应用鞍钢开发的建筑用钢类产品含钒的主要有预应力混凝土用高强度精轧螺纹钢筋，这是利用Si、Mn、Mo、V多元合金化及轧后控冷工艺开发出的735／980MPa级钢筋，当前性能已达到800／1000MPa 级水平，牌号为AJL800，该产品已生产2万余吨，分别用于黄河东明大桥、风陵大桥、兰州大桥、长江江津大桥、江阴大桥、重庆嘉陵江黄花园大桥、吉林松花江临江门斜拉桥、广东番禺珠江大桥、珠海大桥等大跨距桥梁以及十余省公路、高速公路、航道及金温、成昆铁路中桥梁数十座。
在举世闻名的三峡工程中 32mm，800／1000MPa级钢筋被选为永久船闸工程用高强锚杆。
表3是AJL800钢筋力学性能。
表3 AJL800钢力学性能(含钒≥0.16%)力学性能 σ0.2Mpa σb MPa δ5% 性能值 ≥735 ≥980 ≥72.2.2 工程机械用钢开发应用鞍钢在八十年代就开发出σb590-980MPa级高强钢板，当时还没建成厚板轧机，利用中板轧机生产50mm以下正火和调质处理板。
九五期间，鞍钢建成了4300mm宽厚板轧机和热处理线，产品规格扩大到100×3800×25000mm规格，强度水平可达到1270MPa，可生产HRC40以上的可焊耐磨钢板，在厚板控冷设备不断改善的前提下，利用V、Ti、Nb复合作用相继开发了厚度30mm以下590MPa、685MPa级控轧控冷板，钢板具有良好的强韧性。
在引进美国卡特彼勒公司工程机构制造技术后，鞍钢先后开发研制了IE0669、IE0170、IE0963、IE0860、IE0921、IE0679等6个牌号钢种，生产量约4500吨，应用于推土机、装载机主传动结构件上，解决了卡特彼勒公司原材料供应问题。
2.2.3 桥梁用钢开发应用最早开发出的低合金钢高强度桥梁用钢是16Mnq，80年代末在16Mn基础上开发研制了15MnVNq，屈服强度增加到410MPa以上，由于加入了V和N，配合相应的轧制与热处理制度，实现了晶粒细化与弥散强化，该钢具有高强度、高韧性、焊接性能优良的特点，应用于九江大桥工程上。
以铌进行微合金化通过控轧控冷工艺开发出的新钢号16MnNb也用于厦门海沧大桥，1995年完成了11000吨产量。
随着鞍钢厚板轧机设备进一步改进，控冷能力加强钢的综合性能得到进一步提高。
2.2.4 钒在石油管线钢中的应用鞍钢1992年开始立项研制管线钢，但因设备条件制约，1997年前未能批量生产。
1997年以后随着鞍钢技术改造的深入，管线钢开始大批量生产。
到目前为止鞍钢已在原来的1700老生产线生产了约2万吨位X56以下钢级的管线钢，在1780新生产线生产了1万多吨X70以下钢级的管线钢。
钒在X56以上钢级得到了较好的应用。
①合金成分设计依据管线钢要求具有足够高强度和韧性的良好配合，低的韧脆性转变温度，高的平台能(CVN)以及良好的焊接性与耐蚀性，这与其它用途微合金钢相比要求更为全面、更为严格。
为了高质量地生产管线钢，采用了降碳、提锰的成分设计方案，并加入铌、钛微合金元素与控轧控冷工艺相结合的模式，成功地生产了X52以下钢级的管线钢。
在此基础上加入钒，试制出了X56、X60、X65、X70等高钢级的管线钢，其中X60卷板已通过专家评审，预计X70卷板将在2000年内进行评审。
微合金元素使用的具体思路如下：a 未溶解的铌、钛、钒的碳、氮化合物颗粒分布在奥氏体晶界上，可阻碍钢在加热时奥氏的晶粒长大；b 未溶解的碳、氮化合物可阻碍奥氏体再结晶；c 在轧制中有些合金碳、氮化物会在位错、亚晶界、晶界上沉淀以进一步阻碍动态再结晶和轧后静态再结晶的产生；d 在γ-α相变中发生相间沉淀、形成非常细小的合金碳化物，起沉淀强化的作用；e 轧制时形成的高密度位错被碳化物钉扎，会拉大位错运动的阻力。
铌是取得良好的控轧效果的最有利的微合金元素。
其含量的最佳配比是管线用钢研究的关键。
钛的化学活性很大，易和碳、氮、氧、硫等形成化合物。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
BQB419-2009 低合金高强度冷连轧钢板及钢带
则复验不合格。如复验不合格，则已做试验且试验结果不合的单件不能验收，但该批材料中
未做试验的单件可逐件重新提交试验和验收。
9 包装、标志及检验文件 钢板及钢带的包装、标志及检验文件应符合 Q/BQB 400 的规定。如需方对包装有特殊要 求，应在合同中注明。
3
Q/BQB 419－2009 10 数值修约规则 数值修约规则应符合 GB/T 8170 的规定。 11 牌号近似对照 本标准牌号与国内外标准牌号的近似对照见附录 A。
和抗拉强度的上升，断后伸长率的下降，成形性能变差等，建议用户尽早使用。
7.4.3 对于表 4 中牌号的钢板及钢带，应保证在产品制造完成后 6 个月内，钢板及钢带的力
学性能应符合表 4 的规定。
2
Q/BQB 419－2009
表4
拉伸试验a, b
断后伸长率
牌号
屈服强度
抗拉强度
%
MPa
MPa
不小于
A80mm
GB/T 223
钢铁及合金化学分析方法
GB/T 228-2002
金属材料 室温拉伸试验方法
GB/T 2523-2008 冷轧金属薄板（带）表面粗糙度和峰值数的测量方法
GB/T 2975-1998 钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备
GB/T 4336-2002 碳素钢和中低合金钢 火花源原子发射光谱分析方法（常规
0.09
a 可以单独或复合添加Ti和Nb。也可添加V和B，但是这些合金元素的总含量≤0.22%。
7.1.2 钢板及钢带的成品化学成分允许偏差应符合 GB/T 222 的规定。 7.2 钢板及钢带所用的钢采用氧气转炉冶炼。
7.3 交货状态
7.3.1 钢板及钢带冷连轧后经退火及平整后交货。 7.3.2 钢板及钢带通常涂油供货，所涂油膜应能用碱水溶液去除。在通常的包装、运输、装
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
合金钢的主要合金元素
一般分类合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。
在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。
各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
调质钢 1．中碳型合金钢，合金元素含量较低；2．强度较高；3．用于高温螺栓、螺母材料等。
弹簧钢 1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。
滚动轴承钢 1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。
合金工具钢量具钢 1高碳型合金钢，合金元素含量较低；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。
特殊性能钢不锈钢 1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。
耐热钢 1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。
低温钢 1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。
根据碳化物的倾向分类合金钢根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：①强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。
这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高不锈钢温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。
《微合金元素在钢》课件
此外，随着实验设备和测试技术的不 断进步，对微合金元素在钢中的行为 和作用机理的认识也更加深入。
近年来，研究者们通过深入研究微合 金元素的原子结构、相变机制和微观 组织演化，进一步揭示了微合金元素 在钢中的作用机制。
微合金元素的发展和应用 推动了钢铁工业的技术进 步，促进了相关领域的发 展。
02
微合金元素在钢中的分布与存在形式
微合金元素在钢中的分布
01
碳、氮、氧等元素
这些元素在钢中以固溶形式存在 ，主要分布在铁素体和奥氏体中 。
02
铬、镍、锰等元素
03
硅、磷、硫等元素
这些元素在钢中以置换形式存在 ，主要分布在铁素体和奥氏体中 。
分类
碳氮间隙元素（如钛、铌、锆）、碳 氮化物形成元素（如钒、铬、钼）和 晶界强化元素（如硼、磷、砷）。
微合金元素在钢中的作用
01
02
03
细化钢的晶粒
通过形成碳氮化物或氮化 物，微合金元素可以阻碍 奥氏体晶粒的长大，从而 细化钢的晶粒。
改善钢的韧性
某些微合金元素可以改变 钢的韧性，例如钛和铌可 以增加钢的低温韧性。
微合金元素对钢强度的影响
显著增强
微合金元素可以与钢中的碳形成碳化物，这些碳 化物在钢中起到“钉扎”作用，抑制奥氏体晶粒 长大，从而在冷却过程中获得更细小的铁素体晶 粒，提高强度。
微合金元素如钛、钒、铌等可以细化钢的晶粒， 从而提高其强度。
通过微合金元素的加入，可以实现仅通过热处理 工艺即达到提高强度和改善韧性之间的平衡。
同时，随着人工智能和大数 据技术的应用，对微合金元 素在钢中的研究将更加智能 化和精细化，有望实现更加 精准和高效的钢材性能调控
低合金高强度结构钢简要分析
低合金高强度结构钢High Strength Low Alloy Steel一、定义中国国家标准GB/T13304-1991《钢分类》，参照国际标准，对钢的分类作了具体的规定。
低合金高强度钢HSLA是在碳素钢的基础上，通过加入少量合金元素并在热轧、控轧或热处理状态下，具有高强度、高韧性，较好的焊接性、成型性或耐腐蚀性等特征的钢材。
成分特点：低碳（Wc≤0.2%），低合金。
性能特点：比普通碳素结构钢有较高的屈服强度和屈强比、较好的冷热加工成型性、良好的焊接性、较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。
二、低合金高强度钢的发展1867-1874年，美国含铬结构钢，1902-1906年，美国含镍结构钢，1915年，美国含锰1.6%桥梁用结构钢。
20世纪60年代以后，冶金生产工艺技术和低合金钢开发均取得巨大发展，锰、硅、铬、镍、钒、钛、铌等微合金元素的强化作用已清楚。
80年代后随着技术进步，通过钢质净化、晶粒细化、组织优化、基体强化等，促进了新型低合金钢的开发。
低合金钢是近30年来发展最快、产量最大、经济性最好、使用面最广、前景最广阔的钢类。
目前，新型的低合金高强度钢以低碳（≤0.1%）和低硫（≤0.015%）为主要特征。
我国是1957年在鞍钢试制成功第一炉低合金钢16Mn，随后研制出16Mn系列的桥梁用、船用、锅炉用、压力容器用、汽车用低合金钢。
1966年，低合金钢产量141万吨，占钢产量8%；至1979年，低合金钢产量254万吨，仍占钢产量8%。
1997年，低合金钢产量2368万吨，占钢产量22%。
各发达工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10%。
为进一步提高低合金高强度钢的性能，在低合金高强度钢的基础上，通过进一步降低碳质量分数、微合金化和控制轧制而发展了一系列新型低合金高强度结构钢，主要有以下四种：微合金化低碳高强度钢、低碳贝氏体型钢、低碳索氏体型钢、针状铁素体型钢。
铌在钢的控轧控冷工艺中微合金化的作用
铌在钢的控轧控冷工艺中微合金化的作用[摘要]本文主要介绍铌的强化原理、铌在钢中微合金化中应用，通过控轧控冷工艺改善铌在钢中的分布来提高铌的性能，以及当今世界铌钢的情况及生产铌钢应用的新工艺。
[关键词]控轧控冷；铌钢；强化；工艺；1.前言目前我国热轧钢筋的消费量已达5000余万吨，相对于发达国家钢筋以400N／mm2以上强度级别应用为主的局面，我国仍以335N ／mm2级别的热轧钢筋为主。
近年来，随着建筑结构施工规范GB50010的修订执行HRB400热轧钢筋将逐步成为我国钢筋混凝土结构用主导钢铁材料，该级别钢筋使用比例是逐年上升的趋势。
建设部2022年4月正式新的《混凝土结构设计规范》后，建筑用钢的产品升级换代不断加快，HRB400热轧钢筋的主导钢种20MnSiV的必需原料V-Fe，VN合金价格大幅上涨，导致生产成本显著升高，急需开发新的生产工艺和替代钢种。
世界范围内的钢筋标准中，ISO标准、西欧等国钢筋标准是以轧后余热处理工艺为基础的，而在我国，轧后余热处理钢筋的生产使用受到各种限制，因此高强度级别钢筋生产基本以微合金化为主，在所有的微合金化方式中，以V微合金化最适合长型材生产工艺要求。
微合金化元素的应用较多地集中在Nb、V、Ti三大主要微合金元素，其中对Nb元素的研究应用较多地集中在扁平材上。
与V元素相比Nb析出物的溶入温度较高，因此要求相对高的工艺加热温度，同时Nb 微合金化技术的应用在于Nb的碳氮化物对再结晶的阻滞作用，以此来实现非再结晶轧制，而长型材生产本身具有的高温快轧的特点在现有生产线上较难实现非再结晶轧制。
虽然Nb的碳氮化物的析出强化作用较V的沉淀强化弱，但是利用Nh的沉淀强化和组织强化作用，也可作为HRB400热轧钢筋生产的微合金化方式。
上世纪末，国内开始超细晶碳素钢筋的研究工作。
通过在临界奥氏体区终轧诱发铁素体相变和铁素体动态再结晶，将晶粒细化至微米尺度，实现用普碳钢生产HRB400钢筋，材料成本低，具有经济效益显著和广阔的发展前景。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显着提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显着提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
微合金化钢
微合金化钢一，基础知识1.1 低合金钢由来1.2 早期低合金钢的发展1.3 我国低合金钢的发展1.4 现代低合金钢重大进展二，低合金钢主要品种2.1 焊接高强度钢2.2 低合金冲压钢2.3 低合金耐腐蚀钢2.4 低合金耐磨损钢2.5 低合金耐低温钢2.6 低合金建筑筋钢2.7 低合金钢轨钢三，微合金钢技术基础3.1 钢的微合金化，微合金化钢和微处理钢3.2 我国微合金化钢发展方向3.3 发展微合金化钢的资源优势3.4 铌、钒、钛微合金化元素的特性3.5 微合金化钢冶炼3.6 微合金化钢精炼特点3.7 防止微合金化钢连铸裂纹3.8 微合金化钢不宜采取常规轧制3.9 微合金化钢再结晶控轧3.10 微合金化钢常化控轧3.11 微合金化钢等板坯连铸连轧优势3.12 微合金化钢铁素体区轧制3.13 固溶强化不是微合金化钢主要强化手段3.14 微合金化钢晶粒细化的强化机制3.15 微合金化钢析出强化的机制3.16 微合金化钢的相变强化四，微合金化钢生产技术要点4.1 管线钢的生产技术4.2 造船钢的生产技术4.3 桥梁钢的生产技术4.4 高层钢结构建筑用钢的生产技术4.5 汽车用钢的生产技术4.6 集装箱用钢的生产技术4.7 工程机械用钢的生产技术五，钢材品种结构调整5.1 钢材品种结构调整之一：大力发展微合金钢5.2 钢材品种结构调整之二：扁平材的市场需求5.3 钢材品种结构调整之三：长型材的市场需求5.4 钢材品种结构调整之四：企业的产品分工5.5 钢材品种结构调整之五：工艺流程优化5.6 低（微）合金钢在开发中的地位低合金钢及微合金化钢生产技术第一部分基础知识1.1低合金钢由来中国钢产量已突破 1 亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。
当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。
许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了解。