刘瑞宁1，2，王福明1，李　强2
(1　北京科技大学　冶金与生态工程学院，北京　100083；2　石家庄钢铁公司　技术中心，河北　石家庄　050031)
　　摘 要:介绍了微合金非调质钢的发展及其应用现状，开发微合金非调质钢符合钢铁产业发展政策和石钢公司的“边缘-精进”战略。
　　关键词:微合金；非调质钢；发展；应用

2.3　微合金元素在非调质钢中的作用
　　钒、铌、钛等合金元素是微合金非调质钢中最常添加的碳氮化合物形成元素，与铁相比，它们在钢中与碳和氮有更强的化学亲和力，形成更稳定的碳氮化合物，并通过细化晶粒和沉淀析出改善微合金非调质钢的力学性能。
钒:钒是微合金化元素中最常用而又有效的强化元素，其主要作用是通过形成V(C，N)来影响钢的组织和性能。V(C，N)主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，增加钢的强度。钒对钢转变特性也有影响，当单独加入钒时，它并不抑制铁素体晶粒的形成，它却能加速珠光体的形成。在低VN钢和不含钒的高氮钢中只有晶界铁素体，而无晶内铁素体。钒还对氮具有较强的亲和力，活跃的氮或“自由”氮在钢中含量高于120×10-6时，具有应变时效性。当加入少量钒后，钒与碳和“自由”氮结合形成V(C，N)化合物，降低了钢中“自由”氮含量，使钢具备了非应变时效性。钒的碳氮化合物具有细化晶粒增加强度的作用，强度随钒含量的增加呈直线增长，如果钒含量超过0.15%，其韧性则降低很多。在常规锻造加热温度下，微合金非调质钢中的钒可完全溶解于奥氏体中，固钒的利用率高，在钢中钒的添加量一般控制在0.08%～0.13%。
　　铌:铌是非调质钢中添加的另一主要元素。铌要求高的奥氏体化温度，在加热温度高达1200℃时也能有效抑制奥氏体晶粒尺寸的长大，推迟奥氏体再结晶，有强烈细化晶粒的作用。溶解于奥氏体中的铌能阻止γ→α相变，从而使珠光体体积分数提高。当碳含量为0.3%～0.4%时，铌完全固溶的温度为1325～1360℃。当加热到1100℃时，铌几乎没有固溶；在1300℃时，只有50%固溶。铌的固溶量少，在奥氏体中扩散慢，在热加工时诱导沉淀的碳氮化合物体积减少，因此它的沉淀强化作用小。所以，用于热锻的微合金非调质钢，一般不宜单独添加铌。试验表明:当复合添加铌、钒元素时，既能提高钢的强度又能改善钢的韧性。
　　钛:钛的作用与铌相似，其溶解温度比铌更高，固细化晶粒作用比铌更强。在锻造温度条件下，钛在奥氏体中的溶解度很低，因此不能将钛用作锻钢中产生析出强化的添加元素，钛的化合物可作为晶内铁素体的核心，提高钢的韧性。在微合金非调质钢中，钛的含量为0.0.%～0.04%[6]。钛的氮化物TiN在高温下稳定，加入0.0.%左右的钛可以有效保护锻造过程中奥氏体晶粒的细小[7]。
　　另外，氮在含钒微合金非调质钢中以化合物的形式存在，其主要作用是促进钒的析出，提高沉淀析出强化效果，细化晶粒，提高TiN的稳定性和节约钒合金等。
2.4　微合金非调质钢的应用现状
　　近几年来，宝钢、攀钢、东北特钢、兴澄特钢等特钢企业和研究院所合作，成功地将中国自行开发的铁素体-珠光体、贝氏体、低碳马氏体型等微合金非调质钢应用于制作汽车发动机曲轴、连杆、汽车前桥等零件。其中，一汽先后应用35MnVS，38MnVTi，42VS，40MnVS代替55钢，40MnB，45钢，40Cr钢在CA6102连杆、CA141半轴、滑动叉、轻型车扭臂等零件进行了试验研究；二汽公司自1978年开发应用微合金非调质钢以来，已先后对东风系列汽车的20余种零件采用微合金非调质钢进行了试制，采用35MnV代替40MnB生产EQ6100发动机连杆，采用48MnV代替40Cr生产康明斯发动机曲轴等，部分已实现大批量生产。另外，江铃汽车、南京汽车、天津汽车等汽车制造厂的微合金非调质钢用量也逐年大幅度增加。从用材工艺技术分析，在汽车车身、车身附件及零件、变速箱总成、驱动桥总成、悬挂减震器、离合器及零件，转向系统及零件中有15%的钢结构零件可用微合金非调质钢代替。目前，部分用户的微合金非调质钢使用情况见表1。

2.5　国内生产情况
　　目前国内生产微合金非调质钢的厂家主要集中在特钢企业，除攀钢、兴澄特钢、东北特钢等企业外，年产量大都在万吨以下。
2.5.1 生产工艺
　　目前国内微合金非调质钢的生产厂家以特钢厂电炉冶炼(短流程)为主，生产工艺为:电炉冶炼→LF(VD)炉→模铸(连铸)→轧钢(控轧)→成品(控冷)，只有个别生产厂家采用转炉冶炼(攀钢、宝钢等)(表2)。

2.5.2 执行标准情况
　　1996年3月1日实施的微合金非调质机械结构钢GB/T15712—1995标准中按加工方法的不同将微合金非调质钢分为锻造和切削用非调质钢两类共9个牌号，从金相组织上来讲全部属于铁素体-珠光体型。而冷作强化非调质钢、高强度高韧性非调质钢(包括铁素体-珠光体型、低碳贝氏体型、低碳马氏体型)等均未列入该标准。按照调质钢强度级别BS970标准，把微合金非调质钢划分为四个强韧性级别，中国研制的非调质钢种(GB/T15712—1995)已达到前两个级别标准，与国际上20世纪90年代初期水平相当。
　　目前执行的“非调质机械结构钢标准”涵盖钢种面较小，只占现在顾客使用微合金非调质钢牌号中的30%左右。国内一些合资汽车制造厂在引进生产工艺、技术的同时，所使用的材料为进口非调质钢，虽然部分材料已逐渐国产化，但仍按相应国外标准要求进行生产，如上汽、长安汽车、江铃汽车使用德国牌号49MnVS3生产汽车发动机曲轴等，该类用户约有20%。随着微合金非调质钢的快速发展，国家标准内的牌号远远不能适应顾客的需求，目前大多用户根据自己的设计要求及加工使用情况，向材料生产厂家提出性能以及低倍、非金属夹杂物等具体的技术、质量指标要求，与材料生产厂家签订供货技术协议，该类用户约占50%。
3　结束语
　　微合金非调质钢以其节约能源、减少工件变形和开裂、减少环境污染等优点，受到世界各主要工业化国家的普遍重视，尤其是改善微合金非调质钢韧性新技术的采用，完善了产品系列，扩大了使用范围，并大规模应用于机械制造业，特别是汽车工业。从国家钢铁产业发展政策看，微合金非调质钢具有较大的发展空间。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——摘自《中国金相分析网》