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。

按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，

钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素 Mn、Si、Al，杂质元素 P、S 及气体 N、

H、O 等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素 Cr、

Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。

原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。顾名思义，以含有合金元素的总量

来加以区分，总量低于 3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于 10%为高合金钢。在国内习

惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国 31 家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳

素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴

承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，

近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。

① 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国

特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度

钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，

1999 年普钢厂已生产特钢产品总量的 34%。

② 国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫

做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。

而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称

上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至 1994 年叫做低合金高强度结

构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、

企业和作者而异。

③ 低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50

年代曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在 3%以下，屈服强度在 275Mpa 以

上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软

钢的替代品。当然，在技术发展进程中，低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经

有了很大的变化。

在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接高强度钢，还包容

了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低温钢、甚至还纳入了低、中碳含

量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏

与国外统计数据的可比性。

1.2 早期低合金钢的发展

低合金钢的出现可以追溯到 19世纪的 1870年，一种碳含量 0.64～0.9%和铬含量 0.54～0.68%、

抗拉强度 685Mpa、弹性极限 410Mpa 钢，第一次被采用于工程结构，建造了跨度 158.5m 的拱形

桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的，需要轧后热处理，难以机械加工，耐蚀性又不良。随后

的 1 个多世纪的时间，世界各国不断探索，大体上可以把低合金钢区划为三个不同特征的发展阶

段，在 20 世纪 20 年代以前，20～60 年代及 60 年代以后。前两个阶段姑且合称为传统的低合金

钢发展阶段，后一阶段可以称为现代低合金钢发展阶段（后面我们称它为微合金钢 Microalloyed

Steel）。

前一时期低合金钢的重大发展有三个标志：

① 由单一元素合金化向多元素合金化发展

1895 年曾采用 0.40～0.56%C 和 3.5%Ni 的钢建造了俄国的“鹰”级驱逐舰，该钢的加工性比

初期的铬钢要好得多，屈服强度在 355Mpa。20 世纪初还用 8000 多吨含镍的钢建造了跨度为 448m

的桥梁，美中不足的是这种钢的合金资源有限，成本又高。此后开发了 1.25%Si 的低合金钢，建

造了横渡大西洋的船舶和跨度 110m 的桥梁，俄国利用铁铜混生矿源，曾开发了 0.7～1.1%Cu 的

低合金钢用于造船、建桥，这种钢导电性好，抗腐蚀性优良。

长达 30 多年的生产和应用经验的积累，发现多元合金化的低合金钢综合性能更佳，经济上更

划算，开发了二元合金化的 Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V 低合金钢，和三元复合合金化的 Cr-Mn-V、

Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P 等低合金钢。用途上也扩大到了锅炉、容器、建筑和铁塔等方面。20 世纪 20

年代全世界的低合金钢产量达到 200 万吨。

② 赋予低合金钢的第一特征：低碳、可焊接

在工程结构广泛采用焊接技术之后，给低合金钢发展带来深远的影响。为减小焊接热影响区

硬化和开裂、焊接接头延性恶化，把低合金钢的碳含量由 0.6%降到 0.4%，随后又降至 0.2%，至

60 年代末再降至 0.18%，提出了焊接碳当量的可焊性判据。为了获得高强度钢不断增高的强度需

求，出现了两条发展途径，一个是提高合金含量，另一个是热处理手段，各有利弊，至今屈服强

度高于 600Mpa 的钢仍采用热处理，E 级和 F 级船板仍规定正火状态使用，再如铁路钢轨仍有合

金化轨和全长淬火轨的两种生产方式。

③ 注意到钢的冷脆倾向性和时效敏感性

二次世界大战期间大量“自由”轮在运行中断裂及许多锅炉、容器的失效，注意到了钢冷脆

倾向与钢的粗晶结构和有害元素 P、S 的含量有关，而钢的时效倾向是由钢中 N 所致，从而采取

了降硫、铝细晶化和控制终轧温度等优化工艺。为了钢结构的安全使用和寿命，同时还开发了低

温夏氏 V 型缺口冲击、温度梯度双重拉伸、零塑性转折落锤及 BDWTT 落锤撕裂等试验方法及制

订了相应的断裂韧性判据。

20～60 年代间，工业发达国家的低合金钢开发带来了经济的繁荣和现代化。据不完全统计，

全世界成熟的低合金钢钢种牌号有 2000 余个，形成了 5 大合金成分系列：

(1) 以德国 St52 钢为代表的 C-Mn 钢系列，日本的 SM400、我国的 16Mn 属于这类钢。

(2) 以美国 Vanity 钢为代表的 Mn-V-（Ti）钢系列，构成了现代微合金化的先驱。

(3) 美国的含 P-Cu 钢系列，代表钢种有 Corten 和 Mariner 钢，具有良好的耐大气和海水腐蚀

性。

(4) Ni-Cr-Mo-V 钢系列，如美国开发的淬火回火状态 T-1 钢板成功用于压力容器的建造。

1.3 我国低合金钢的发展

50 年代原冶金工业部钢铁研究院刘嘉禾为首的一批冶金学专家率先研制成功了 16Mn 钢和

15MnTi 钢，开创了中国低合金钢领域，在此基础上制定了命名为低合金高强度钢的第一个标准

(YB13—58)，列入 12 个钢种牌号。1963 年易名为低合金结构钢(YB13—63)，纳入的钢种牌号除

Mn 系列外，包括了结合我国富产资源所开发的 V、Ti、Nb 及稀土的低合金钢，并由此派生出了

桥梁、造船、容器、汽车大梁、矿用等专用钢标准。其后修改的 YB13—69，改为普通低合金钢

（简称普低钢），强调“普通”的意思在说明生产低合金钢就像生产普通碳素钢一样，不需要特别

的生产手段，简便容易，即可取得 1 吨顶 1.3～1.5 吨的经济效益，此后长达 20 年难以消除它的负

面影响，至今全国行业钢材品种结构调整时，还往往注意到低合金钢高附加值的一面，而忽视了

低合金钢的高技术含量一面。1988 年升级为国标时（GB—1591—88），回归到了低合金结构钢的

名称，1994 年颁布的现行标准更名为低合金高强度结构钢，（GB／T1591—94），包括了屈服强度

295—460Mpa 5 个强度等级和 A～E 5 个质量等级，新标准的积极意义在于努力向国际规范靠拢。

由于我国低合金钢基础研究日趋深入和生产规模日益扩大，在北京已连续召开了 4 届（1985、1990、

1995 及 2000 年）国际低合金高强度钢会议，无疑这是对中国低合金钢领域科技进步的肯定。

我国低合金钢发展历程可以划分为 4 个阶段：

1957～1969 年

是低合金钢开发的初创阶段，第一个低合金钢 16Mn 钢与普碳钢相比，具有高强度、高韧性、

抗冲击、耐腐蚀等特性，它的开发适应了各行业产品大型化、轻型化的趋势，采用 16Mn 钢所建

造的的“东风”万吨轮，显示了节省钢材、节约能源和延长产品寿命的优越性。

1966 年召开了全国规模的第一次低合金钢推广应用会议，在计划经济条件下宏观指导低合金

钢的发展。当年低合金钢产量为 141 万吨，据不完全统计，研制钢号达 345 个，其中有 54 个钢号

纳入了 11 个有关标准中。

1970～1974 年

全力进行了钢种整顿工作，及时总结了开发中有益的经验，收集了大量的试验研究数据，合

并和淘汰了一批无法组织批量生产或性能达不到预定指标的钢号，化费四年时间的钢种整顿工作

是十分有益的，减少了开发盲目性和无序状态，完善了富有中国特色的低合金钢体系。

1975～1983 年

我国低合金钢开发生产和应用等各方面存在的问题很多，积重难返，显示出了与客观需求的

不适应，合金资源优势未能转化为产品优势，产品质量明显低于国外同类同级产品的实物水平，

16Mn、20MnSi、U71Mn 3 个钢号占低合金钢总产量 90%以上。

1984～2000 年

这是一个中国低合金钢的转型期，从“六五”至“九五”期间，基本上实现了 4 个转变。

(1) 按国外先进标准生产低合金钢

(2) 引进国外发展成熟的低合金钢钢号

(3) 按国外低合金钢基础研究成果，改造我国原有的传统观念设计的低合金钢钢号

(4) 跟上新型低合金高强度钢(微合金钢)的发展趋势。

我国低合金钢发展面貌有了极大的变化，大大缩小了与国外低合钢先进水平的差距。

由 1988 至 1993 年我国低合金钢的产量统计列于表 1。

表 1 我国低合金钢的产量统计（万吨）

钢类品种 1988 1990 1993

低合金高强度钢 低合金冲压钢 低温用钢

288.45 304.00 336.70

耐大气腐蚀钢 耐海水腐蚀钢 低合金耐磨钢

3.0 2.8

20.42

3.5 3.0

32.88

3.8 4.5

41.35

建筑用钢筋钢 低合金钢轨钢

425.36 125.08

656.23 180.24

946.51 24.14

总计 低合金钢比（%） 低合金高强度钢比（%）

865.11 14.6 5.3

1180.0 15.8 5.2

1357.0 15.2 4.3

1.4 现代低合金钢的重大进展

自 20 世纪 70 年代以来，世界范围内低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧

制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。进入 80

年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到

了顶峰。在钢的化学成分—工艺—组织—性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微

观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合

金设计。

低合金钢的现代进展有哪些呢？主要表现有：

(1) 微合金化钢基础研究的新成就。

首先，对微合金化元素，尤其是 Nb、V、Ti、及 Al 的溶解一析出行为的研究取得显著的成果，

这些元素的碳化物和氮化物的形成及其数量、尺寸、分布取决于冷却过程的形变温度和形变量，

而加热过程中碳、氮化物的存在及其特性表现在回火的二次硬化、正火的晶粒重结晶细化、焊接

热循环作用下晶粒尺寸的控制 3 个主要方面。

其二、重视含 Nb 微合金化钢、Nb-V 和 Nb-Ti 复合微合金钢的开发，据统计几乎占有近 20

年来新开发微合金化钢全部牌号的 75%和微合金化钢总产量的 60%。近几年注意到了微量 Ti（≤

0.015%）十分有益的作用，Ti 的微处理不仅改变钢中硫化物的形态，而且 TiO2 或 Ti2O3 成为奥氏

体晶内铁素体晶粒生核的质点，Nb-Ti 复合微合金化构成超深冲汽车板 IF 钢的冶金基础，还显著

改善了 Nb 钢连铸的裂纹敏感性。

其三，对低碳钢强化的 Hall-Petch 关系式进行了系统总结，对加速冷却原理作了更深入的研

究。人们十分有兴趣采用分阶段加速冷却工艺的应用，前期加速冷却用于抑制铁素体转变，后期

加速冷却目的在于控制中、低温产物的晶粒尺寸和精细结构的组成，从而达到在较宽范围内调整

钢的强度和强度／韧性匹配。

350MPa 级高强度钢：微合金化+热机械处理，机制为晶粒细化+析出强度。

500MPa 级高强度钢：铁素铁+贝氏体、马氏体，强化机制为晶粒细化、并晶界强化和位错强

化。

700MPa 级高强度钢：淬火回火组织，机制为相变强化+析出强化。

(2) 工艺技术的进步

顶底复吹转炉冶炼，钢的碳含量可控制在 0.02～0.03%，精炼的应用可生产出碳含量在 0.002～

0.003%，杂质含量达到＜0.001%S、＜0.003%P、＜0.003%N，2～3ppm［0］和＜1ppm［H］的洁

净钢。

连铸的成功经验是低的过热度、缓流浇注和适宜的二次冷却，采用低频率、高质量的电磁搅

拌，可以得到均匀的等轴的凝固区。

在再结晶控轧的基础上，应变诱导相变和析出的非再结晶控轧，以及（γ+α）两相区形变，

已成为目前控轧厚钢板生产主要方向。薄板坯连铸连轧流程和薄带连铸工艺的实用化，使低合金

钢生产进入了又一个新境界。

(3) 低合金钢合金设计新观点

首先是钢的低碳化和超低碳趋势，例如 60 年代 X60 级管线钢碳含量为 0.19%，70 年代为

0.10%，80 年即使 X70 和 X80 级管线钢碳含量降至 0.03%以下。

根据微合金化元素在钢中的基本作用和次生作用，提出了“奥氏体调节”的概念，有意识地

控制加入微合金化元素，使钢适于一定的热机械处理工艺，以发展新的性能更好的钢种。

传统控制轧制的合金设计：微合金化的重要目的是提高再结晶停止温度，利用非再结晶区的

形变诱导相变和析出，Nb 是 理想的微合金化元素。

再结晶控制轧制的合金设计：它的目的是尽量降低再结晶停止温度，并形成阻碍晶粒粗化的

系统。其中一种办法是以 TiN 为晶粒粗化阻止剂，以 V（CN）作为铁素体强化。另一种方案是

Nb-Mo 的微合金化，具有较宽阔的可以加工的窗口。这种工艺特别适合于不能进行低温轧制的低

功率的老旧轧机生产。

第二部分 低合金钢主要品种

2.1 焊接高强度钢

焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。

它有三个基本属性：

第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。

第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。

第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效 、抗冲击、抗韧

性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。

我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入 GB／T1591—94 中，由此派生的低合金专用钢分

类及标准：

锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87

压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86，GB6654—86

GB6655—86，GB6479—86，GB3513

造船用钢 GB712—88

汽车用钢 GB3273—82

桥梁用钢 YB(T)60—81

自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83

保证厚度方向性能钢 GB5313

管材用钢 GB479—86，GB8162—87

GB8163—87，YB231—70

核能用钢

舰船用钢

兵器用钢等。

焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强

化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此 5 种强化机制的组合，可以生产出

屈服强度由 295MPa～880Mpa 不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。

焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影

响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表 2 可见。

提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低 P、S 含量，选用适宜的合金元素。

评价焊接高强度钢的焊接性的基本方法，通常采用焊接碳当量 Ceq，

1556CuNiVMoCrMnCCeq +

+++

++=

和焊接裂纹敏感性指数 Pcm，

BNiMoVSiCrCuMnCPcm 56015103020

+++++++

+=

计算。

焊接高强度钢的生产

① 普通质量级（A、B 级）和优质级（C 级）采用传统工艺流程，由氧气转炉冶炼、连铸坯、

常规轧制生产。

表 2 钢的化学成分对焊接性能影响

元 素 名 称 接头

区域 影响种类

C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo Nb V Al Ti B O N RE Ca Sn Sb H

● × ● × ? × × ● ● × × (1) (2) √ 硬度↓

× √ ● ● × ● × ● × × × (1) (2)

冷袭纹↓ × √ √ √ ●

× ● (3) 层状撒裂↓

● ● ○ ○ 热裂纹↓ × √ ● ● × × ● ● × ● √ √

× × √ √ √ × (4) (5) (6) (2) (7) √ ○ √ √ ● √ 冲击韧性↑ ×

再热裂纹↓ × × ×

× × × √ √ (4) (5) (6) (2) (7)

√ √ √ √ √ COD↑

×

回火脆性↓ × × × ● ● ●

● × ● × × × ● ● × × (1)

热

影

响

区

CSC↓ ×

热裂纹↓ × ● ● ×

气孔↓ ● × ×焊 缝

韧性↑ × ○ ●

○ √ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ √ (1) 强度↑

○

× × √ √ (4) (5) 韧性↑

√ √ × ●

母 材

钢的稳定性 ● ×

注：（1）游离 B，（2）氧化物，（3）Al2O3，（4）AlN，（5）TiN，（6）BN，（7）氧化物

O：很有利，√：有利，●：很有害，×：有害。

② 屈服强度在 490Mpa 以下的特殊质量级（D 级和 E 级）采用优化流程生产，铁水预处理

—氧气转炉冶炼—炉外精炼—连铸—控制轧制+控制冷却。

③ 屈服强度在 490Mpa 以上，特殊质量级（D 级和 E 级）冶炼工艺保证高洁净度，轧后选

用某种热处理制度。

部分国内外焊接高强度钢牌号对照见表 3

表 3 焊接高强度钢国内外牌号对照

国家 标准号 屈服强度（Mpa）

295（290） 345（355） 390 420 460

中国 GB/T1591—94 Q295A Q345D Q390D Q420D Q460D

俄国 ΓOCT19281 295 345 390

美国

ASTM

A529M Gr,42

572M Gr,42

633M Gr,A

A656M

A678M

GrB

A656M

日本 JISG3135 SPEC490 SPEC590

J15Cr3124

SEV295

SEV345

JISG3114

SMA570W、P

JISG 3106

SM570

法国 NFA35—501 A50 EN10025

Fe510C

X/FA36—207

A550—1

NFA36—204

E420T—Ⅱ

NFA36—204

E460T—Ⅱ

英国 BS EN10025

Fe510C

Bs4360

50F

德国 DIN17243

17155

15Mo3

PH295

EN10025

Fe510C

2.2 合金冲压钢

在低合金高强度钢中有一类具有良好的冲压成形性能的钢，见表 4，叫做低合金冲压钢，常

以热轧状态用于家电轻工行业，以冷轧（及表面涂镀）状态用于汽车工业。

这类钢多数为薄钢板，除了有一定的强度和焊接性以外，突出的是具备一定的成形性能。所

谓成形性是指薄板经冲压不起皱、不破裂、不回弹的能力。在实际生产中以冲成率或冲废率来衡

量，而在理论上则以美国人 G·Lumer 教授提出的成形极限图来评价，主要的考核性能指数有：

① 塑性应变比γ值：将金属薄板试样拉伸到产生均匀塑性形变时，在试样标距之内宽度与厚

度方向的真实应变之比：

,)ln(

)ln(

0

1

0

1

1

0

ttbb

r ==εε

式中 b0、b1、t0、t1 分别为变形前后试板的宽度和厚度。

45900

2r

rrr −

+=∆

钢板平面的各向异性用∆γ计算。式中γ0、γ90、γ45 分别表示不同方向的γ值。

∆γ大小反映冲压时“凸耳”的大小，希望∆γ越小越好。

② 应变硬化指数 n 值：反映材料形变强化能力，在实际成形过程中，表示板材变形后加工

硬化的程度，n 值越大，成形操作很难继续进行，变形从难变形区域转移到未变形或变形小的区

域中去。n 值大小取决于钢质的洁净度和组织的粗细状况。

对冲压钢经常衡量的参数还有：钢的屈强比（屈服强度／抗拉强度），应变速率的敏感系数 m

值，综合成形参数 F 值等。

热轧冲压钢板

典型的用途是汽车大梁和滚型车轮，还用于汽车的前后保险杠、发动机悬置梁和传动轴管。

有一般冲压型的铁素体一珠光体组织的钢板和优良加工性的铁素体—马氏体组织的双相强化型钢

板。在强化机制方面，前者 大程度利用铁素体中 Nb 的析出强化作用，后者可以采用普通的热

轧工艺生产（Mn-Si-Cr-Mo 钢），也可以采用控制轧制和低温卷取的方式生产（Si-Mn-Cr 钢）。国

内常用的汽车大梁钢见表 4。

表 4 国内常用的汽车大梁用钢

类 别 国 家 代表性钢种牌号

中 国 16MnL、16MnREL、09MnREL、09SiXL

10Ti(鞍)、T52L(武)、B510L(宝)

日 本 NSH52H、NSH52T、RHA50F

GA—NKHA—52

F+P 钢

德 国 QSTE380

中 国 SX65(鞍)、RS50(武)、DPI(本)

日 本 HHLY—60、SAFH—550、SHXD—60

美 国 ARDP 双相钢

法 国 Usilisht80

滚型车轮钢包括轮辋用钢和轮辐用钢，耐疲劳是这类钢的重要性能要求，此外，还有钢板的

尺寸精度和表面质量，是目前国内外同类产品差距的主要方面。国内的宝钢、鞍钢和武钢开发了

一些车轮用钢如 BLF—1，BLF—2，RCL—330，RCL—370 和 CL330 等，国外开发的车轮用钢用

铁素体一贝氏体，析出强化和三相钢 3 种类型。

冷轧冲压薄板

要求具有良好的深冲性能、抗凹陷性、高弹性模量和抗疲劳性能，要求钢的强度一延性的良

好匹配，但正如大家知道的那样，随着钢的强度级别提高，钢板的回弹性增加，冲压性能会有所

降低。因此，合金设计，晶粒细化强化是主要可采取的方案。相变强化也是值得采取的。

冷轧冲压用钢有 3 种基本类型：

① 铝镇静钢

② 含 P 高强度钢

③ 高强度无间隙原子（IF）钢，具有超深冲特性与添加 P、Mn、Si 等元素的固溶强化机制

的结合。

这 3 个类型代表了第二代和第三代冲压用钢的 2 个塑性应变比的级别γ=1.4-1.8，1.8-2.8。尤

其是 IF 钢的生产，原理上利用了 Nb—Ti 复合微合金化，形成碳氮化物固定了钢中的残留的 C 和

N，应用上具有极好的深冲性。国内代表性的冷轧高强度冲压钢见表 5。

表 5 国内代表性的冷轧高强度冲压钢

类 型 企 业 牌 号

鞍 钢 06Alp、08Alp、10Alp、

武 钢 WP340、WP370、WP390

宝 钢 BPD—35 F+P 钢

宝 钢 BFJ—18

2.3 低合金耐腐蚀钢

钢铁材料在自然界或在工作条件下，无时无刻不同程度地受着周围环境中的某些物质的侵害，

这种侵害可能是化学的，电化学的，也可能的物理作用引起的。但主要是电化学腐蚀的形式。

什么是电化学腐蚀？从宏观上看，由两种不同电位的材料，构成腐蚀的阳极和阴极对时，在

周围电解质的作用下，电位高的阳极成为牺牲者，而电位相对较低的阴极得到了保护。从微观上

看，两种不同组织之间，基本相与钢中夹杂物、沉淀相之间，也构成了这样阳极～阴极的“微电

池”，一方被溶解，另一方受保护，甚至材料表面上存在的划痕等各种缺陷所构成的不均匀，也会

造成腐蚀。这是 简单的材料腐蚀的道理。

工业上常用金属材料的耐腐蚀性分为 6 类共 10 级，低合金高强度钢属于耐腐蚀性评价标准的

耐蚀性分类的 V 类的 8—10 级。而我们称之为低合金耐腐蚀钢的低合金钢，耐腐蚀性优于普通碳

素钢，划为耐蚀性分类的Ⅲ—Ⅳ类 4—7 级，包括耐大气腐蚀钢和耐海水腐蚀钢。

① 低合金耐大气钢蚀钢

大气的主要成分为氮、氧、氩、水汽和二氧化碳，还含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氨

及盐雾，对材料腐蚀影响 大的是氧和水汽，空气中的盐雾加速材料的腐蚀。在干燥的大气中，

属于常温化学腐蚀，氧化速度较低；在潮湿的大气里，属电化学腐蚀，大气中的湿度越大、材料

表面吸附的水膜越厚，腐蚀速度加快。

耐大气腐蚀钢的开发在 20 世纪初， 初发现的是铜和磷对钢的耐蚀性的显著效果，以后就出

现了著名的 Corten 钢和世界各国的耐大气腐蚀钢，也叫做耐候钢。

我国的耐大气腐蚀钢研制从 60 年代开始，自 1965 年至 1979 年有 19 种含 Cu 及 P、RE、Ti

的低合金钢在风沙干燥、工业大气，潮湿都市，农村等 10 个不同的环境下进行长达 15 年的大气

曝露试验，取得了宝贵的第一手数据，于 1984 年制订了我国耐大气腐蚀钢标准（GB4171—84 及

GB4172—84），纳入了高耐候性的 3 个牌号：090CuPCrNi—A、09CuPCrNi—B、09CuP 和焊接结

构用耐候钢的 4 个牌号：16CuCr、1MnCuCr、15MnCuCr、及 15MnCuCr—QT。各类钢的耐大气

腐蚀性能的比较见表 6。

表 6 各类低合金钢的耐大气腐蚀性

钢 类 化学成分，% 相对腐蚀损失，%

C P Cu Cr Si

6 个

月

12 个

月

18 个

月

24 个

月

C 钢 0.13 0.008 0.09 100 103 103 102 C-P 0.12 0.17 0.10 83 80 70.5 74.5 C-Cu-P 钢 0.14 0.17 0.35 0.10 81 73.5 67 71.5 C-Cr-P 钢 0.13 0.19 0.43 0.02 87.5 82.5 69 71 Cr-Cr-Cu-P-Si 钢 0.17 0.12 0.37 0.95 1.00 88.5 83 59 58 Cr-Cr-Cu-P-Si 钢 0.14 0.21 0.37 0.95 1.00 81 74 55.5 53.5

② 低合金耐海水腐蚀钢

人类社会的发展与海洋的开发是分不开的，海洋开发用材料的主体还是钢铁材料，采用数量

大的是低合金钢。

世界上 初出现的耐海水腐蚀低合金钢在 40 年代的美国，称为“Mariner”。

海洋结构物的腐蚀包括海洋大气、飞溅、全浸、潮差和海底土壤等 5 个不同腐蚀特点的部位，

除海洋大气外，统称为海水腐蚀。

我国从 1965 年起对 16 个耐海水腐蚀钢在东海、南海和北海 3 个海域进行为期 10 年的试验评

估，在海水中 Cr—Mo—Al 钢和 Cr—Mo—Al—RE 钢具有良好的全浸耐蚀性。

国内生产的低合金耐海水腐蚀钢基本上是引进了国外成熟的钢种牌号，有：

美国 Mariner Cu—P—Ni

日本 Mariloy Cr—Cu—Mo

法国 APS Cr—Al

2.4 低合金耐磨损钢

两种材料表面接触、又有相对滑动时，材料表面就有损伤和耗蚀，例如铁道的车轮与钢轨，

电动轮翻斗车箱与装载物，挖掘机的铲斗与岩体，水电站的高压水管与含泥沙水流，农机的犁铧

与土壤等等情况，钢材经长时，反复的磨蚀， 终导致破损或失效。

这种磨损每年使全世界的钢材丧失达 2000 万吨以上，所以各国都十分重视低合金耐磨损钢的

开发。钢材的磨损有 4 种基本类型：

粘着磨损

磨料磨损

疲劳磨损

侵蚀磨损

低合金钢耐磨损钢的开发，有几个共同的技术要求：

① 采用固溶强化的合金元素，得到强化的基体组织。

② 形成高硬度的碳化物。

③ 采取多元素复合微合金化。

④ 从增加碳化物的数量，硬度和颗粒尺寸 3 个方面综合提高材料的抗磨能力。

⑤ 要求组织稳定，表面光洁和内部无缺陷，避免钢材“自耗”。

经济建设中使用量大面广的低合金耐磨损钢，年产量约在 100 万吨左右。

常用的低合金耐磨损钢有：

履带板用钢

推土机刀刃用钢

挖掘机铲齿用钢

犁铧用型材

耐磨钢轨

矿用液压支架和矿柱用钢

槽邦钢，等等。

耐磨高硬度钢是特殊的一个品种，基本成分为 Cr—Ni—Mo—V，在淬火和回火状态下使用，

要求硬度在 HB235—500，相应的抗拉强度为 785—1570MPa。热处理制度的优化是十分重要的，

以确保满足技术条件的显微组织和微观精细结构。

低合金耐磨损钢与焊接高强度钢有很大不同的一面，钢的碳含量有低、中、高之分。钢材的

品种繁多，有板、管、型、丝等产品，以型材为主。板材生产又依硬度等级及合金化程度不同须

采取不同的工艺流程，分 3 种类型：

板、管、型材

铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—轧制—热处理。

丝、绳

热轧线材—酸洗—拉丝—制绳

铸件

废钢感应炉冶炼—造型—精整—热处理

水电站高压水管用钢是真正意义上的低合金耐磨损钢，属于低碳、可焊接钢，常用的钢种牌

号为：

中国 14MnMoVN、 14MnMoMnB

美国 ASTMA517—F、A537—A

日本 SM58Q

德国 N—A—X TRA70

2.5 低合金耐低温钢

在 0℃或－10℃以下使用的钢，称为低温钢，从学科角度，将低温钢分铁素体低温钢和奥氏

体低温钢，或分为一般低温用钢和超低温用钢。低合金耐低温钢属于铁素体低温钢。

对于低温条件下使用的低合金耐低温钢，必须满足几个基本要求：

组织稳定，不发生组织变化

良好的焊接性和加工性

工作温度要高于钢的韧—脆性转变温度

对于某些特殊的工作条件，还要求恒弹性、恒膨胀和恒磁导率等。

一般碳素钢的安全使用温度在－45℃以上，纯净度较高的铝镇静钢的韧—脆性转变温度在－

55℃—－60℃，所以这类钢仅用于环境温度不低于－40℃的钢结构，在石油化工领域用于制造液

化乙烷（～－10℃）和液化丙烷（－45℃）的设备。

低合金钢的韧脆转变温度在－40℃～－80℃之间，不推荐作为低温结构用材，但有一类低合

金钢，自 60 年代后由我国自行研制的钢种，常用来作中、低压容器和储罐，已取得很好的经验。

09Mn2V 钢 适用于－70℃

09MmTiCuRE 钢 适用于－70℃

06MnNb 钢 适用于－90℃

06AlNbCuN 钢 适用于－120℃

另一类含镍低合金钢，国内外成功用于低温容器的制造，如：

2.5%Ni 钢，正火状态，用于液化丙烯(－47.7℃)设备。

3.5%Ni 钢，正火状态，用于液化乙烷(－88.3℃)设备。

调质状态，用于液化乙烯(－104℃)设备。

5.0%Ni 钢，调质状态，用于液化乙烯(－104℃)设备。

9.0%Ni 钢，调质状态，液化天然气(－162℃)和液氮(－196℃)设备。

钢铁材料，尤其是铁素体低温钢，温度降至某个临界点或某个区域，就会出现韧性的明显或

突然的降低，因此这类钢不宜在这个转变区间，更不能在此温度下使用，这个温度称之为钢的韧

一脆性转变温度，由夏氏 V 型缺口冲击试验或缺口落锤试验来判定。无限航区船舶用钢常以零塑

性转变温度（NOT）为判据，而油气输送管线钢通常以剪切面积 85%的 FATT 作为韧一脆性转变

界线，压力容器用钢使用的是以 50%FATT（Trs）为判据。

2.6 低合金建筑钢筋

建筑用钢是一个用途十分广泛的钢材品种的总称，包括混凝土结构用钢线材，高层钢结构用

板材和型材，轻型结构用各类型材和管材，公用设施，厂房用薄板和涂镀板，门窗、管道、暖气、

五金器材以及建筑用辅助材料如钢支撑，模板、护拦、钢桩等等，其消耗的钢材占钢材年消费总

的 50%，所以建筑业是一个庞大的产业，建筑用钢也并非是低技术含量的低附加值的钢材品种。

我国城镇和农村的住宅建设规模及其宏大，平均年兴建住宅达 10 亿 m2，旧房改造 低也在

6 亿 m2，混凝土结构用钢筋，盘园、钢丝和钢绞线的年需量在 2400 万吨，加上公路、隧道、提坝、

矿山、码头、机场和钢筋消费在 3000 万吨以上。

混凝土结构用建筑钢材有：热轧钢筋，冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝、冷变形钢筋，碳素钢丝和

钢绞线，从我国的国情出发，基本建设的规模很大，还是以长条材为主体，近年来的主要变化：

① 目前 20MnSiⅡ级钢筋占钢筋总产量的 90%以上，

② 钢筋质量得到普遍提高，已制订了钢筋钢的新标准的建筑设计、施工的新规范，大力推

广应用 400MpaⅢ级钢筋

③ 重点发展高强度低松弛钢绞线

④ 逐步淘汰冷拉钢筋和低碳冷拔钢丝两个品种，作为过渡，推荐生产冷轧带肋钢筋和冷轧

扭钢筋。

⑤ 热处理钢筋和精轧螺纹钢筋基本上已达到国外同类产品水平。

在建筑钢筋的生产工艺技术方面：

对于非焊接钢筋，钢的碳含量控制在 0.35%以下，通常添加 0.02—0.05%Nb 进行微合金化，

采用高温加热技术，使 Nb 充分溶解，“可溶 Nb”保证了终轧时有更多的 NbC 析出，这类钢的主

要强化机制是沉淀硬化。

对于可焊接钢筋，在较低的碳含量下，有两类成功的经验，Nb 微合金化和 V—N 微合金化，

都可取得较好的综合性能。许多企业的生产实践表明，微合金化钢筋无应变时效倾向。

对于高级别或大规格钢筋，经常采用的先进工艺技术：

① 韧芯回火工艺（Tempcore processes），

② 轮缘回火工艺（Temprimar）

前者为连续淬火回火的方式，后者为多次淬火回火的方式，二者都必须控制终轧温度，是取

得细晶粒和平衡温度的先决条件，为保证表面均匀的热传导系数，冷却强度必须高于 50000W／

m2·K；冷却要对称的平稳，避免产生偏心分布。

新一代的混凝土结构钢筋，有抗震和耐火的要求。抗震性：地震时钢筋受到反复拉压的强力

作用并产生应变。地震作用下，建筑层间的位移角可达到 1/650~800。所以，要求具有对地震能量

的吸收潜力，往往以钢筋所受的 大应力， 大应变和时间的乘积，σmax·εmax·t 来反映这个潜力，

通常对钢筋提出了高应变低周疲劳性能、应变时效敏感性、冷脆转变温度，可焊接性的要求以及

强度一塑性配合。

耐火性：突发火灾对建筑具有灾难性，要求钢材的耐火性比普通钢材胜一筹。钢材在热循环

下：

屈服强度降低，

颈缩后受拉杆件的断面削弱，

框架几何变形的影响，

杆件变形的影响。

说到底，是钢的高温屈服强度的问题，一般认为 200℃以上钢的弹性模量明显下降，300℃以

上钢的屈服强度开始下降。为了防止火灾给钢结构造成破坏，提高钢材自身耐火性，远比采用防

火涂料和防火屏蔽要省工省料、增加有效使用面积、减少环境污染。

对耐火钢的制定标准σS600℃,1~3h＞2/3σSRT

2.7 低合金钢轨钢

钢轨是铁路轨道的主要部件，是冶金产品中一个专用钢材品种，钢轨承受列车的重量和动载，

受力复杂，轨面磨耗，轨头受冲击，还要受较大的弯曲应力，主要的损伤形式有：磨损主要是上

股侧磨和下股压溃，屈服强度不足引起的波浪磨耗以及韧塑性低导致的脆断、剥落、掉块、轨头

劈裂、焊缝裂纹等。所以对钢轨钢的基本要求包括：耐磨性、抗压溃性、抗脆断性、抗疲劳和良

好的焊接性。

按强度等级划分：

标准钢轨 抗拉强度 685～835Mpa

耐磨钢轨 抗拉强度 880～1030Mpa

特级钢轨 抗拉强度 1082～1225Mpa

抗拉强度＞1400Mpa 的钢轨在研制中。

20 世纪初采用的是 50Kg／m 轨，现在国际标准轨为 60Kg／m，美国重轨为 77Kg／m，俄国

和东欧各国为 75Kg／m 轨。

铁路运输和铁道建设在我国国民经济中占有重要的地位，今后 5 年将投资 2500 亿元，计划新

增铁路 9000 余公里，其中新铺线路 5340Km，复线 2580Km，建设地方铁路 1000Km，对钢轨的

需求预计 2000—2001 年为 120 万吨／年，2002 年约 100 万吨／年，西部大开发将进一步推动铁

路建设的加速进展。

提高钢轨强度和综合性能的途径：

① 热处理强化

在碳素钢或 C-Mn 钢轨基础上采用在线余热淬火，离线的淬火回火处理或欠速淬火工艺。80

年代发展起来的在线热处理方式，也叫做全长淬火工艺，节能省工、投资少、生产周期短。

② 在 0.7—0.75%C 钢中添加 Cr、Mn、Mo、Nb 等合金元素，获得 980～1250Mpa 抗拉强度，

如表 7 所见，具有特色的是美国的 Cr—Mo—V 轨和巴西的 Si—Nb 轨。

比较两种强化方法，热处理轨表面耐磨，但内部较差，耐蚀性不能改善。合金化轨里外质量

一致，可以考虑改善耐蚀性。

目前国内执行GB2585—81标准，主要的钢种牌号有C—Mn钢的U71Mn轨和微合金化的 PD3

轨和 NbRE 轨，见表 8。

我国铁路建设，在“六五”和“八五”期间，以解决运输能力制约国民经济发展“瓶颈”问

题，主攻“重载”，在现有设施基础上扩大编组。从“九五”起，提速和高速已成为铁路科技进步

的主要体现。通过改造既有轨道结构和研制新型机车车辆，使客车运行速度提高到 160Km／h，

所谓“高速”，指建成 200Km／h 以上的专线客运列车的运行速度。对“重载”列车的钢轨要求耐

磨损，抗疲劳。对“高速”列车的钢轨则要求无缺陷，平直度。

表 7 合金钢轨的代表化学成分

化学成分，% 抗拉强度 伸长率

钢 号

C Si Mn Cr Mo V Nb Ni Cu σb,MPa δ5,%

C.F&I C r-Mo 0.78 0.21 0.84 0.74 0.18 - - - - 1228 9

Mn-Si 0.75 0.65 0.80 - - - - - - 980 11

Algoma Cr 0.75 0.25 0.65 1.15 - - - - - 1100 9

British steel Cr 0.75 0.35 1.25 1.15 - - - - - 1130 11

Krupp Cr-Si 0.70 0.75 1.05 1.00 - - - - - 1140 12

Thyssen Cr-V 0.75 1.00 1.05 1.00 - 0.20 - - - 1200 8

Klockner Cr-Mo-V 0.65 0.30 0.80 1.00 0.10 0.10 - - - 1145 12

Sydney Mn-Cr-V 0.70 0.20 1.65 0.30 - 0.10 - - - 1035 12

Cr-Si-Nb 0.70 0.55 1.10 0.80 - - 0.06 - - 1040 10

Brasil steel Si-Nb 0.74 0.80 1.30 - - - 0.03 - - 1070 10

Sasilor Si-Cr 0.69 0.77 0.96 0.85 - - - - 1100 10

Climax Cr-Mo 0.73 0.16 0.83 0.75 0.21 - - - - 1117 -

Cr-Mo-V 0.75 - 0.60 0.60 0.29 0.10 - - - 1250 -

Luxembourg Cr-Ni-Cu-V 0.40 0.50 1.4 0.8 - - - 0.2 0.8 1056 13

津巴布韦 Cr-Mn-V 0.75 0.42 1.24 1.00 - 0.16 - - - 1132 12

表 8 常用钢轨钢的基本成分(%)

牌 号 C Si Mn P S V Nb RL

U71Mn 0.65-0.77 0.15-0.35 1.1-1.5 ≤0.04 ≤0.04 - - -

PD3 0.72-0.82 0.65-0.90 0.75-1.05 ≤0.04 ≤0.04 0.05-0.12 - -

BNbRE 0.7-0.82 0.6-0.9 1 1.0-1.3 ≤0.04 ≤0.04 - 0.02-0.25 0.02-0.05

第三部分 微合金化钢技术基础

3.1 钢的微合金化，微合金化钢和微处理钢

前几节我们已介绍过，合金钢范畴区分为低合金钢，中合金钢和高合金钢几个钢种类别。从

20 世纪 60 年代起，出现了钢的微合金化（Microalloying of steel），慢慢地认同了这个提法。微合

金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的 Nb、V、Ti 等碳氮物

形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及

品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在

0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在 0.5%左右，而在高温合金中加入量高达 1—3%。先

有钢的微合金化，那么微合金（化）钢又如何定义呢？微合金化钢首先限定在热轧低碳和超低碳

的圈子里，此外还有几个公认的基本属性：

① 添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性

能发挥作用。

② 这些元素加入量很少，钢的强化机制主要是细化晶粒和沉淀硬化。

③ 钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫做新型低合金高强度的

依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相成，是微合金化钢设计和生产的重要前提。

微合金化钢是指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成元素，如 GB／

T1591—94 中 Q295—Q460 的钢，规定：

Nb 0.015～0.06%

V 0.02～0.15%（0.20）%

Ti 0.02～0.20%

有时为了弥补生产厂在装备和工艺技术方面的不完善，在冶炼时添加＜0.015%Nb 或＜

0.05%V，＜0.02%Ti 的非合金钢和低合金钢，称为微处理钢，依加入碳氮化物形成元素种类，习

惯上叫作微 Nb 处理、微 Ti 处理等等，交货时不要求作该成分的检验。

微处理可有效地提高 16Mn 原规格钢板、20MnSi 大规格螺纹钢筋的屈服强度约 10—20Mpa，

改善 A、B 级一般强度板和 X42—X46 级管线钢的低温韧性，还可使 16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板

的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998 年我国微合金化钢的产量为 346 万吨，占年全低

合金高强度钢总产量 55.1%。微处理钢（主要是 Nb 处理和 Ti 处理，还包括稀土处理钢在内）产

量大致也在 300 万吨左右。

近 20 年来，世界钢铁工业 富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技

术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢

属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。

我国 80 年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了：

① 低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和 新成就。

② 低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业

产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。

③ 微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业

结构调整和流程优化。

所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通

过变资源优势为产品优势，是实现钢铁强国目标的重要一环。

3.2 我国微合金化钢发展方向

首先看看市场对微合金钢提出了什么样的要求，在“九五”期初根据对石油天然气、铁道、

交通、船舶、建设、电力、煤炭、石化及机械制造等 9 个行业的需求的调查，17 个主要钢材品种

2000 年的需求量为 2276 万吨，国内有能力提供约 2000 万吨，各品种的市场占有率在 50～100%，

平均为 88%，因此提出以产顶进，每年减少进口 200 万吨的目标。从这一统计得知，主要微合金

化钢基本上靠自给，微合金化钢根据市场需求，不断开发、不断进取，可以满足日益增长的需求。

我国钢铁工业发展很快，我国已成国世界 大的钢铁生产国和 大的钢材消费国，每年还进

口大量钢材，见表 9。

表 9 历年进口钢材统计（万吨）

年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

钢材总计 3912 2630 1489 1899 1343 1242 1486

其中板带材 1387 907 706 1044 885 834 1220

进口钢材中 1999 年棒材 154 万吨，同上年比降低 44.2%，板带材 1220 万吨，同上年比提高

46.3%。在进口板带材中，热轧薄板（<3mm）280 万吨，冷轧薄带 460 万吨，涂镀板 223 万吨及

不锈板 109 万吨，占总量的 72%，中板的进口仅 40.9 万吨，主要是高强度船板、容器板和高层建

筑用钢板。从这部分统计中可以看出，进口钢材主要是非合金钢的薄规格板带，国产钢材的质量

有了很大改善，进口板带对国产低合金钢及微合金化钢的自主发展的影响不大，这是十分有利的

形势。

今后发展方向：

① 中低强度等级是工程结构用钢的主体

在现行标准的非合金钢 7 个品种，低合金钢 8 个品种和合金钢 14 个品种，合计 29 个品种的

247 个钢材牌号中，型钢、薄钢板、中厚板、无缝管和线材的 201 个品种的 838 个钢种牌号中，

约有 87.5%属于中低强度范围。再如近 30 年用于工程结构的低合金钢专用钢新开发的 108 个牌号

中有 74 个抗拉强度等级等于 600Mpa。

② 发展通用性钢材

钢材品种的普遍要求是通用性。钢材品种的多样化，反映了不同用途对钢材性能要求的差异，

但钢的化学成分、生产流程、供应与验收又是大同小异的，通过制备过程对钢板表面和内在质量

的控制，以保证性能上各不相同的需求。我国 16Mn 钢及其派生的 16Mn 专用钢系列就是一个通

用性的例子。再如近 20 年来开发的微合金钢，用途不一，但采用的合金系列是相近的，见表 10。

表 10 近年开发的微合金化钢

用 途 钢种牌号 强度等级 合金系列

管线用钢 X52 σs≥360 MPa C-Mn-(Nb)

造船用钢 AH36、DH36、EH36 ≥350 C-Mn-Nb(V)

桥梁用钢 14MnNb ≥355 C-Mn-Nb-(V,Ti)

SM520C 335～365 C-Mn-Nb-(V,Ti)

StE350 ≥355 C-Mn-Nb-(V,Ti)

锅炉用钢 BHU35 330～390 C-Mn-(o)-Nb

工程机械用钢 Welten60RC 450 C-Mn-Nb-V

BHW60A 450 C-Mn-Nb-V

HQ60A 450 C-Mn-Nb-V(Mo)

BG60 450 C-Mn-Nb-V

汽车大梁钢 B510L 355 C-Mn-(Nb)

B52L 355 C-Mn-(Ti)

09SiVL 355 C-Mn-V

③ 质量定位在经济性上

钢铁业工艺技术的进步，尤其是冶炼条件的改善，可使钢的洁净度达到较高的水平，不论是

传统的联合企业流程还是电炉的短流程，都可以有效控制杂质元素残量，现代钢的化学冶金水平

控制见表 11。

表 11 现代钢的化学冶金水平控制

水 平 S P N O H ∑

(%) (PPm)

一般质量水平(通用型) ≤0.005 ≤0.010 60 40 2 ≤250

洁净钢水平(经济型) ≤0.002 ≤0.005 40 10 1 ≤120

超洁净钢水平(超级型) ≤

0.0005≤0.001 20 5 0.2 ≤50

新一代微合金钢的开发，追求高洁净度，超细晶粒，高均匀性的材质目标，反映了一个新时

代的科学技术水准，但焊接工程结构需求钢材质量的主体，应定位在经济档次上。

3.3 发展微合金化钢的资源优势

在增强市场竞争力的方针指导下，大力开发低合金钢及微合金化钢，也就是要变我国的资源

优势为产品优势。

① 铌（Nb）

1801 年由英国人哈契特发现了 Nb，1802 年瑞典人爱克柏格发现了 Ta，在 64 年后的 1865 年

证明了 Nb 和 Ta 是两种性质相似的元素，又经常伴生于一体。Nb 是一种银白色金属，原子序数

41，相对原子量 92.9，体心立方晶体结构，熔点 2468℃，熔化热 27.2KJ／mol。

据 1995 年统计在《矿产品概要》中的世界 Nb 资源，储量为 1150 万吨，另外已知矿床中含

有 1980 万吨。巴西是储量 多的国家，占世界总储量的 94%，加拿大储量为 4%，其他国家有托

伊尔和尼日利亚。烧绿石是 Nb 的重要工业矿物，其次是铁矿和含 Nb 的砂矿。阿拉沙是巴西矿冶

公司（CBMM）主要矿区，具有 150 年历史，1999 年的报导称按目前世界年消费 24000 吨 Nb2O5

的水平，CBMM 的矿区可供全世界使用 500 年，钢铁业是 Nb 资源的 大消费者，北美西欧和日

本主要用于热轧冷轧低合金高强度钢，大口径钢管、不锈钢的生产，约占冶金产品的 65—75%。

1996 年北美消费 Nb-Fe7675 吨，西欧消费 8405 吨，日本消费 4700 吨，消费强度分别为 62、

51、48gNb-Fe／每吨粗钢。

我国 1981 年已查明的 Nb 资源以 Nb2O5 计算为 163 万吨，主要集中在内蒙的白云鄂博和都拉

哈拉，工业储量仅 5 万呢，还有两个不利的特点：铌矿石品位偏低、共生矿物复杂。我国 Nb-Fe

年生产能力仅 40—60 吨。其他 Nb 制品合计也只在 50 吨左右。在钢铁业的消费主要靠进口，1999

年总消费 Nb-Fe750 吨，消费强度为 66%gNb-Fe6.5 克／每吨粗钢，按目前低合金钢及微合金化钢

发展的趋势 2000 年、2005 年和 2010 年我国 Nb-Fe 消费量分别约为 1105 吨、2850 和 4156 吨，

消费强度将增长到 9.2、22、30gNb-Fe／每吨粗钢。

② 钒（V）

1801 年由西班牙人矿物学家里奥（A，H，del Rio）发现，元素符号 V，银白色金属，在元素

周期表中属 VB 族，原子序数 23，原子量 50.9414，为体心主方晶体结构，熔点为 1902℃。常与

Nb、Ta、W、Mo 及 Ti 等并称为难熔金属。

V 广泛分布于地壳中，已知含 V 矿物超过 65 种，储量在 1578 万吨。世界 V 资源主要来源是

绿硫钒矿、钾钒铀矿和钒云母，世界主要产钒国是南非和俄罗斯，控制了世界上的钒市场。

中国是世界第三大产钒国，1940 年由当时的北洋大学刘际年发现了攀枝花大型铁矿石，矿石

含有 Fe、V、Ti 外，还含有 Ni、Cr、Co、Cu、Mo 等多种元素，为 V-Ti 铁磁矿，钒的储量非常丰

富，目前已探明的 V-Ti 磁铁矿近 100 亿吨，约占全国各类铁矿总储量 1／5，占世界 V-Ti 磁铁矿

储量的 1／4。含 V2O52000 万吨，占钒储量 58%。1998 年攀钢的铁水提钒率达 82.39%，生产钒渣

12 万余吨，V2O5 2082 吨，V2O3 412 吨，高钒铁 1628.75 吨。

③ 钛（Ti）

1791 年英国格雷戈尔（W·Gregor）在研究某种铁矿时发现其中含有一种新的金属元素，1795

年奥地利克拉普罗特（M·H·Klaproth）在研究红宝石时也发现了这种元素，以希腊神话人物 Titan

命名。地壳中分布极广，金属储量居第 9 位，含 Ti 大于 1%的矿物有 80 余种，钛铁矿储量丰富，

是钛工业的主要原料，岩矿主要产于中国，加拿大和美国，砂矿主要产于澳大利亚，南非和印度。

Ti 也是银白色金属，元素周期表中属ⅣB族，原子序数 22，原子量 47.9，α-Ti 为密排六方晶

体，Ti 的熔点 1667℃。

我国的岩矿主要分布于四川攀枝花地区，V-Ti 磁铁矿中含 TiO2 约 87000 万吨，占全国储量

90.53%，占世界储量的 35.17%。砂矿主要在海南、广东、广西和福建的海滨。

3.4 铌、钒、钛微合金化元素的特性

钢的焊接性、成型性和断裂韧性要求钢中有较少的非金属夹杂物，控制低氧含量和低硫含量

是生产高质量低合金钢的必要条件。为此，首先是铝，有效地脱氧和形成 AlN 对细化晶粒起作用，

已被利用达半个多世纪。Ca 和稀土也被广泛应用，对硫化物形态控制十分有效。但真正意义的碳

氮化物形成元素，则是 Nb、V、Ti。

Nb、V、Ti 与 Er、Hf、Ta、Cr、Mo、W 等元素均为难熔金属，分属于元素周期表的ⅣB 、

ⅤB 和ⅥB 族，均具有形成氮化物和碳化物的能力。Nb、V、Ti 与 Fe 原子的半径差很小，且氮化

物和碳化物面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，在一定的条件下既可以溶入

又可以析出。

① 形成氮化物和碳化物可能性比较

Ti 的氮化物是在钢水凝固阶段形成的，实际上不溶于奥氐体，因此能在钢的热加工加热过程

和焊接时的焊缝中控制晶粒尺寸，另外由于形成 TiN，可以消除钢中自由氮，对抗时效有好处。V

的氮化物和碳化物在奥氐体内几乎完全溶解，对控制奥氐体晶粒不起作用。V 的化合物仅在γ／α

相变过程中或相变之后析出，析出物非常细小，有十分显著的析出强化效果。Ti 的碳化物和 Nb

氮化物、碳化物可在高温奥氐体区内溶解，又在低温奥氐体区内析出。Nb、Vi、Ti 对奥氐体晶界

的钉扎作用使相变后铁素体晶粒得到细化，可以用溶解度积［%M］·［%C·N］表征氮化物或碳化

物在不同温度下的可能性大小，如表 12。

表 12 典型温度下氮化物，碳化物固溶度积

温度℃ ［V］［C］ ［Nb］［C］［Ti］［C］［V］［N］［Nb］［N］［Ti］［N］

800 7.4×10-3 1.1×10-4 5.8×10-5 5.0×10-5 7.3×10-6 7.3×10-7

900 4.2×10-2 4.8×10-4 2.3×10-4 2.3×10-4 3.6×10-5 3.2×10-7

1000 1.8×10-1 1.6×10-3 7.2×10-4 8.2×10-4 1.3×10-4 1.1×10-6

1100 6.3×10-1 4.6×10-3 1.9×10-4 2.5×10-3 4.1×10-4 3.1×10-6

1200 1.86 1.1×10-2 4.6×10-3 6.4×10-3 1.1×10-3 7.7×10-6

1300 4.79 2.5×10-2 9.6×10-3 1.5×10-2 2.5×10-3 1.7×10-5

② 对形变再结晶影响的比较

固溶的溶质原子对扩散控制的反应或相变有拖曳作用，从而使再结晶过程推向较高的温度，

而碳氮化物的析出既促进相变的生核，又阻滞二次晶粒的长大。从这个角度上衡量，含 Nb、Ti

的微合金化钢再结晶温度较高，具有较细的奥氐体晶粒。V 微合金化钢再结晶温度较低，V—Ti

复合又可充分发挥对多次再结晶新晶界的阻滞作用。

③ 对析出强化效果的比较

析出强化的强度增量取决于析出物数量和粒子尺寸，也取决于共格质点的铁原子之间晶格常

数的差别。在～0.14%C 的碳含量范围内，析出强度产生的屈服强度增量 Nb＞Ti＞V。和 V 相比，

要达到相同的弥散强化效果，用 1／2 的 Nb 就可以。强化效果又受到在奥氐体中形成析出物倾向

的制约，形变促进这种倾向，所以 NbC 具有的强化效果只是在较低碳含量的钢之中。

3.5 微合金化钢冶炼

在这里我们只介绍微合金化钢冶炼时一般特点，各种专用钢冶炼的特殊性在相应钢的生产技

术部分中将一一说明。

首先我们交代几个基本点：

微合金化钢是一种特殊质量的钢，要求严格控制杂质元素含量，降低非金属夹杂物数量，调

整硫化物的形态和分布。

微合金化钢冶炼类同于低碳钢，所不同的是更要注意钢的脱氧和脱硫，研究合金料的加入顺

序，以提高收得率。

微合金化钢的精炼工序是不可缺少的，根据不同的成分规范和钢材品种，选用合适的精炼条

件的组合，尤要防止钢水二次氧化和连铸过程产生各种缺陷。

根据国内外微合金化钢生产的实践，合金化的一些问题要加以注意：

① Nb 微合金化钢

采用普通级 Nb 铁冶炼 Nb 微合金化钢

Nb 铁的熔点在 1580—1630℃，但 Nb 铁在钢水中不是熔化过程，而是溶解过程，1600℃时的

溶解速度大致为 20mg／Cm2·秒，所以要根据炼钢炉型和钢包公称容量选择 Nb 铁的块度，例如：

＞300t 大型钢包 Nb-Fe 块度 20—80mm

常用钢包 Nb-Fe 块度 5—50mm

＜50t 小型钢包 Nb-Fe 块度 5—30mm

结晶器添加 Nb-Fe 块度 2—8mm

包装线喂丝 Nb-Fe 块度＜2mm

Nb 对氧的亲和力要比 V、Ti、Mn 低，加入镇静钢中的收得率高达 95%以上，

在钢包精炼期加入 Nb 铁是普遍采用的工艺，Nb 铁常在 Si、Al 和 Mn 铁之后加入。

钢包吹氩有利于 Nb 在钢水中的均匀分布，尤其是对于 Nb 含量较低的钢。

在现代化的冶炼条件下，能达到 Nb 的标准偏差小于 0.0015%。

根据国内研究结果，Nb 的合金化也可以采用加入 Nb 渣的方法或在长枪中喷射 Nb 精矿的方

式。

② V 微合金化钢

V 对氧的亲合力比 Nb 强，所以要充分预脱氧，并且要确保在 Si、Al 加入之后添加。

由于 V 在钢中的溶解度高于 Nb 和 Ti，尤其是在较高的 C 和 N 含量的钢中，但即使在铁素体

中，V 的析出也仅在 40—50%。

为了发挥 V 在钢中的析出强化作用，使钢中 V 和 N 的化学比接近 3.6，以 V—N 合金的形式

进行 V 微合金化，采用 Nit rovan12 合金，每加 0.01%V 可以带入离子态 0.001%N。增加钢中氮

含量，在相同的析出强化效果下，可以节约合金元素 V 20～33%。

③ Ti 微合金化钢

Ti 在钢中与 O、N 的亲合力远比 Nb、V 强，Ti 在钢中一般以 Ti、TiN、TiS、Ti4C2S2及 TiC

的化合物形式存在，在 60 年代以前，普遍认为含 Ti 的钢是不洁净的，含有大量的 O、N、S 的夹

杂物。只是在精炼技术用于生产之后，Ti 微合金化钢得到了肯定。

Ti 微金合化趋向于低 Ti（0.02—0.03%）或微 Ti（＜0.015%），还必须选择适宜的连铸保护渣，

以防止结瘤和改善连铸坯表面质量。

3.6 微合金化钢精炼特点

由转炉或电弧炉冶炼的钢水再在钢包中进行以调温、脱气、去夹杂、变性处理、成分微调及

均匀化为目的第二次冶炼，称为精炼，或叫二次冶金。随着钢铁生产装备的科技进步，提供了生

产洁净钢的可能性，也使我国微合金化钢生产真正意义上摆脱了“普通”低合金钢的观念束缚。

降低钢中夹杂物含量，减少有害元素的含量，有利于钢的性能潜力的挖掘。洁净钢在理论上

是存在的，实际上是有限度的，也就是说，满足钢材品种的性能要求，可以生产又用得起。所以

说“超洁净钢”的提法只存在导向上的意义。1992 年时曾有人预测在世纪末，钢中 C、P、S、N、

O、H 各元素的纯度可达到±0.2ppm，但实际上 2000 年的洁净钢的极限水平：

C P S N O H (ppm)

5 10 10 20 5 0.5

∑(C、P、S、N、O、H)＜50ppm

对于不同用途的钢材品种，应当针对性选择有效的精炼制度，例如深冲钢，选用强脱碳的工

艺；钢中的 P、S 从实际钢材的安全使用，≤0.03%也可以满足，但精炼水平可轻易使 P、S 降到

100ppm 以下，市场竞争则迫使生产＜10pp 的 P、S 的钢；再如耐蚀钢要求较高 P 含量、易切钢还

需补充添加 S 含量。钢坯的表面缺陷不仅影响成材表面质量，在使用中可能作为裂纹源引发材料

的失效；内部夹杂不只是影响钢的延展性和韧性，影响力学性能的各自异性。在外力作用下，夹

杂周围是微空洞有可能合并、长大、以至断裂。所以，钢水的洁净化、夹杂物的形态控制，偏析

控制的 优化、以及微合金化和成分微调，都是精炼工序的任务。

为了实现无缺陷、改善加工性能，提高钢的质量，控制某些工艺因素，达到洁净的目的，某

些用途的钢材品种对有害元素的控制见表 13。

表 13 满足优质管线钢质量要求的钢中有害元素含量

应 用 炼 钢

高强厚壁管 低温管 腐蚀性气体传递管

A 清洁钢

S＜0.005% 2 2

S＜0.001% 3 3 1

P＜0.010% 3 3 1

P＜0.005% 3

H＜1.5ppm 1 3 2

N＜40ppm 2 2 2

B Ca 处理

Ca 10～35ppm 3 3 1

C 低碳钢

C＜0.10% 1 1 1

C＜0.05% 3 3 3

D 夹杂物控制 2 2 1

E 中心偏析控制 2 2 1

F 化学成分精调 1 1 1

注：1. 必不可少的； 2. 必要的； 3. 理想的

目前主要存在两条炉外精炼的技术路线，

① 高炉—铁水预处理—转炉—精炼—连铸

② 海绵铁或预热废钢—超高功率电炉—精炼—连铸

这两种流程在前期由于炉料的不同而有很大区别，而在精炼阶段都是要脱氧、脱硫、脱气、

去夹杂及夹杂变性处理。

某些高质量微合金化钢通过某些装备的组合，可以生产出某目标的钢，见表 14。

表 14 高质量钢的生产工艺

目 的 工 艺 目标值.ppm 钢 种

低碳钢 BOF-RH

BOF-LF-RH ［C］≤20

［C］≤20

深冲薄板钢

硅钢

低碳钢 铁水预处理-BOF

-BOF-LF

-BOF-RH

-BOF-LRF

-EF-LRF

［P］≤50

［P］≤20

［P］≤20

［P］≤20

［P］≤15

管线钢

9%Ni 钢

高质量钢

特殊合金钢

低硫钢 铁水预处理

-BOF-RH

-BOF-F1

-BOF-LF-FI

-BOF-LRF

［S］≤15

［S］≤10

［S］≤5

［S］≤5

管线纲，9%Ni 钢

高质量钢

特殊合金钢

低氧钢 BOF -RH

BOF -FI-RH

BOF -LF-FI-RH

BOF -PM

BOF -EF-LRF

TO≤20

TO≤15

TO≈10

TO≤25

TO≤15

管线钢，锅炉管

电阻焊锅炉管

ERW

普通薄板 ERW

特殊合金钢

低氮钢 BOF -RH

BOF -LF-RH

BOF -LRF

EF-LRF

［N］≤30

［N］≤15

［N］≤15

［N］≤15

钢板

特殊合金钢

3.7 防止微合金化钢的连铸裂纹

① 影响连铸坯表面质量的因素

连铸可以实现高产量和高收得率，微合金化钢几乎全部采用连铸生产。连铸不同于模铸，不

仅冶炼工艺因素影响铸坯表面质量，连铸期间铸坯表面极易产生种种缺陷，如角裂、星形裂纹、

横向裂纹、纵向裂纹以及结疤、气泡等等。影响因素主要是化学成分、过热度、保护渣、拉速和

二次冷却、矫直温度，见表 15。

表 15 影响表面裂纹的因素

角裂 星裂 纵裂 横裂

钢 种 高敏感性 * * * * * * *

(延展性凹陷)

结晶器调整 锥度 GF ? * * *

PF

铜的性质 再结晶变形、溶化 *

结晶器内衬 避免板坯与钢粘接 * * *

结晶器磨损 线状，塑性变形 *

振荡周期 频率振幅 * * * *

渣覆盖 吸气，形成波纹 * * * * *

板坯宽度 板坯与结晶器摩擦破裂 * *

水口砖 凝固时的热侵蚀 * * *

拉坯速度 增加→增加在 ? * * * * *

力

铜的温度

矫直点温度

二次冷却 流量分配 * * * * * * *

均匀性

板坯温度的影响

铸机的几何状态 调准，辊子间距状况 * * * * *

矫直点温度 延展性凹限 * * * * *

② 塑性低谷区是裂纹的根源

大力开发和生产微合金化钢， 大的技术障碍是连铸裂纹倾向，以表面横裂纹为主。原因已

弄清，塑性低谷区是裂纹的根源。连铸操作的可靠性、适宜的浇铸速度和浇铸温度、矫直位置、

二冷制度可以使钢在低塑性区不产生表面裂纹，通常使矫直时的表面温度在塑性低谷区之外。

③ 防止微合金化钢连铸裂纹技术措施

钢的微合金化可以使低塑区上移或下移，主要原因是 AlN、Nb（CN）在奥氐体晶界的析出，

增大钢的脆性，裂纹与振痕一致，增加了产生横裂纹的危险性。也有许多研究指出，包晶反应区

后的组织应力、Nb （CN）在铁素体基体上的沉淀、以及杂质在晶界的富集也促进裂纹的形成。

国外的经验还表明，裂纹的形成率与钢中［%Al］·［%N］乘积有密切关系，对于电炉钢和转炉

钢的防止铸坯表面裂纹形成的酸溶铝极限列于表 16。在 Nb 钢中添加 V 或 Ti，可以降低低塑性区

的开始温度，尤其是 Nb—Ti 复合微合金化钢几乎无裂纹敏感性。

表 16 铸坯无裂纹的 Al 酸溶含量极限（%）

成 分 塑性开始下降温度 不同氮含量下的 Al 酸溶量极限

TAV(℃) 40ppm 70ppm 100ppm

Nb 钢 950 ≤0.0250 ≤0.0145 ≤0.0102

Nb-V 钢 930 ≤0.0260 ≤0.0150 ≤0.0105

Nb-Ti 钢 830 ≤0.100 ≤0.0570 ≤0.0400

3.8 微合金化钢不宜采取常规轧制

近 20 多年的冶金科技进步表明，常规轧制并不能使含 Nb、V、Ti 的低合金钢获得满意的综

合性能，而钢的微合金化与控制轧制技术的结合，形成了一代新型的微合金化钢。

常规轧制的形变过程，仅以达到规定的尺寸精度为目的，而控制轧制工艺侧重点在实现细晶

化和组织控制，微合金元素的加入的目的在于：

① 细化组织

② 影响相变

③ 沉淀强化

④ 改变夹杂物性质

⑤ 热轧状态达到热处理性能水平

所以，调整轧制参数，优化工艺流程，逐渐建立了控制轧制的理论基础，在 60 年代末至 90

年代中期这段时间内，各国创立和开发许多控轧方式，如二阶段控轧。两相区控轧、SHT 轧制，

控轧+控冷、控轧+直接淬火、等等。研究了加热温度、轧制温度和变形量、中间传搁期，道次间

隙时间，终轧温度、冷却速度、卷取温度对钢的组织和性能的影响规律，提出了形变再结晶、应

变诱导相变和析出、铁素体轧制等钢的强韧化机制、 后使控制轧制向形变热处理靠拢，形成了

热机械处理的工艺（TMCP）。

新的发展是微合金化与 TMCP 的融合，产生了微合金化钢合金设计的新概念，基本上把控轧

分为两大类型：

① 再结晶控轧（RCR）

② 正常化控轧（CCR）

成为高性能钢生产的依据。

3.9 微合金钢再结晶控轧

1995 年微合金化国际会议提出了微合金化钢合金设计的新概念，其核心是奥氐体晶粒的调

节，由细小奥氐体转变得到细小的铁素体晶粒，要求高的铁素体形核速率和低的晶粒长大倾向。

再结晶控轧是指在奥氐体再结晶区完成钢的轧制过程，再结晶控轧的温度范围大体上正是常

规轧制的温度范围，每道次的压下量也在常规道次压下量的上限附近，无需很大地变动轧钢装备

和轧制工艺，就能显著地再结晶细化，因为这种工艺适合我国多数轧钢厂的现状，值得推广采用。

但同常归轧制还是有许多不同：

① 必须对轧制过程实行全面的控制

② 均热温度不能太高，以避免奥氐体晶粒显著长大

③ 有一个较大的再结晶温度区间

④ 动态再结晶细化效果随温度下降而增大

⑤ 保证产生再结晶的道次变形量

实际再结晶控轧微合金化钢的成分要求：

① 由于微小的第二相析出质点强烈阻止再结晶，所以再结晶控轧钢中不能含有在再结晶温

度范围内显著脱熔的合金成分，排除 Nb（C、N）、TiC、AlN 的可能性，也不能形成 VN。

② 固溶状态的溶质原子也会阻止再结晶，所以避免采用 Nb、Mo、Ti 等元素。

③ TiN是高温相当稳定的第二相，抑制液相形成奥氐体的长大。只有适量的Ti（0.01～0.02%）

才能形成细小的 TiN，又能有效阻止晶粒粗化。

④ 氮含量以形成 TiN 为限，超过理想化学比，可能增大 VN 的应变诱导析出倾向，又会缩

小钢的再结晶轧制窗口。

因此，目前广泛采用的再结晶控轧钢主要是 Ti 处理的 V—N 钢。

3.10 微合金化钢正常化控轧

正常化控轧，又叫做正火区控轧。

这类控轧要点：

① 根据钢中微合金元素及 C、N 的含量、按固溶度积公式计算出全固溶温度，轧制的均热

温度应略高于全固溶温度。

② 钢的控轧又区分为两种情况，一种有粗轧段，要保证不出现混晶，切忌粗轧在部分再结

晶区进行，并在非结晶区留下足够的变形量，以快速冷却进入正常化控轧。另一种是单相奥氐体

在非再结晶温度下轧制，形变晶粒细化效果将取决于晶粒碎化程度，终轧温度应高于 Ar3。两相

区轧制既受到轧机负载能力的限制，而且两相区变形虽有助于强度的提高，但也有损于钢的韧性。

正常化控轧钢的合金设计，主要应满足阻止奥氐体再结晶，使钢的再结晶温度区的下限温度

尽量提高，以形成足够的非再结晶区控轧的空间， 基本的添加扩大奥氐体区的合金元素 Mn 和

形成有效阻止晶粒长大的元素 Ti 和 N。从表 17 所见，Nb 对提高再结晶温度 有效，V 的作用很

微小。作为第二相质点 AlN，能产生显著的质点钉扎作用，却不能产生有效的溶质拖曳作用，总

的结果对阻止再结晶作用并不很大。所以，正常化控轧微合金化钢设计的思路是在低碳、锰钢基

础上，Nb+Ti 微合金化，根据强度级别的要求添加少量的 Mo、B。

表 17 某些低碳钢的 100 秒无再结晶温度

钢 100s 无再结晶温度 TNR,℃

0.04C-0.034Nb-0.31Mo-0.115V 955

0.06C-0.040Nb-0.30Mo 940

0.05C-0.035Nb 935

0.045C-0.28Mo-0.115V 890

0.05C-0.29Mo 830

0.05C-0.115V 835

3.11 微合金化钢薄板坯连铸连轧的优势

比较生产热轧薄规格板带的常规轧制、薄板坯连铸连轧和带钢连铸三种方式，唯有薄板坯连

铸连轧流程可以取得投资少，建厂周期短，高效率和低成本的好处，见表 18。而且适用于生产包

括油气输送管线钢、滚型车轮用钢、深冲冷轧板原带在内的 10 多个品种。

表 18 连铸、薄板坯连铸、带钢连铸的比较如下

建设投资费用 管理费用 工 艺

生产成

本 按绝对总

额

按每吨

产品

中间库

存

生产

周期

常规钢厂(生产热轧带

钢，以此为基础) 100 100 100 大 3 周 高

薄板坯连铸

(CSP 工艺) 90～110 27～33 45～55 无 ＜1 周 低

带钢连铸 110～

165 9～11 65～120 无 ＜1 周 低

当前市场需抓的热轧板带的品种

1. 通用建筑焊管用钢厚度 δ ＜6.0mm

2. 中低压锅炉焊管用钢 ＜6.0

3. 油气集输管线用钢 ＜6.0

4. 轻型汽车、农用车用大梁钢板 ＜4.5

5. 滚型车轮（轮幅、轮辋）用钢板 ＜5.0

6. 深冲冷轧板原带 ＜2.0

7. 轻工家电用钢 0.5～1.5

8. 集装箱用钢 0.8～1.6

9. 车辆用薄规格板 0.8～2.0

10. 搪瓷产品用板 1.0～1.5

11. 一般强度造船板（上层建筑） ＜2.5

12. 小型水面舰艇用高强度板 2.5～5.0

13. 潜艇用非耐压壳钢板 2.5～6.0

14. 非调质薄装甲板 3.0～6.0

每个品种的用途都有相应的技术要求，因而有不同的冶金质量要求，不同生产流程和工艺特

点，薄板坯连铸连轧产品的适用范围见表 19。

表 19 产品的适用范围

用途 热轧板卷 冷轧板卷 表面处理钢板

建筑用钢 ～90% 80～85% ～80%

机械用钢 85～90% ～70% ～50%

家电用钢 ～40% 40～50% 20～30%

70～80% 50～70% 50～60%

3.12 微合金化钢的铁素体区轧制

热机械处理是实现钢的细晶化的有效方式之一，几十年的技术开发对热加工四阶段的划分和

作用已取得共识，再结晶区形变、非再结晶区轧制、两相区轧制及轧后冷却都可使钢有效地细晶

化。

近几年提出铁素体轧制的工艺技术，包含着一些问题的思考：

① 较低温度下轧制对进一步强化是有效的，但同时也带来一些弊端，如较大的变形抗力。

组织上的混晶结构，提高韧一脆转变温度、性能的各向异性以及称之为分离（Sapration）的出现

等。

② 热机械处理可以使低碳钢得到 3—5mm 的晶粒尺寸，如果要继续细化，则常通过增加变

形道次。薄板坯连铸连轧解决了生产高效率，但要突破压下比的障凝，唯有向中厚度铸坯发展。

③ 市场对热轧超薄规格板带的需求十分迫切，如果能生产出 0.8～1.2mm 的热轧带，将产生

极大的经济效益。至少可以为冷轧提供较薄的原带。

④ 提供了以热轧板替代冷轧板使用的可能性。铁素体轧制工艺的实践表现了这些考虑的正

确性，在全世界得到推广应用。工艺上有几个特征：

首先这种轧制工艺适用于低碳钢和超低碳钢，工艺的顺利实施要求（Ar3—Ar1）的窄温差，

易于从非再结晶区轧制跨越到铁素体区轧制。

其次，利用了铁素体形变再结晶的轧制实现进一步的细晶化。

第三，这类钢的铁素体轧制温度区一般在 900℃左右，不会造成轧制力的超载及低温轧制的

一些材质上的缺陷。

微合金化钢，尤其是 IF 钢一类的产品，碳含量仅 20ppm，Nb 和 Ti 可以固定钢中的间隙原子，

形成了 TiN、Nb（C、N）既可以富化γ→α生核，α—再结晶细化，又有沉淀强化的作用。高强冲

压用钢、冷镀热轧薄板及气瓶用钢板等都可采用铁素体轧制工艺。

3.13 固溶强化不是微合金钢主要强化手段

微合金化钢的基本概念和产品定位已十分明确，加入微合金元素的钢，只有能形成碳、氮化

物、并通过细化组织和沉淀强化对力学性能有显著影响的低碳钢。固溶强化并不作为微合金化钢

的主要强化手段，

① 固溶强化

低碳钢在常温状态属于体心立方晶格结构的材料，较小原子半径的元素如 C、N，通常以间

隙的形式固溶在铁的晶格之中，多数合金元素的原子如 Nb、V、Ti、Mo、Al 等等都置换晶格某

个铁原子的位置的形式。固溶造成晶格的畸变，使钢的屈服强度提高。

② 固溶强化受固溶度的限制

溶质原子并不能无限地固溶入铁的晶格，这个限度称为固溶度，在近平衡的状态下，如热轧

或正火、回火的钢中，α-Fe 中固溶 C、N 很少，不随有强化作用。

③ 固溶强化是可以估算的。

置换式固溶强化效果远低于间隙式固溶，置换固溶强化效果大的元素又对韧性的危害也较大，

所以一般微合金化钢中并不有意地采用置换固溶强化方式。

各合金元素：固溶强化效果通常用公式来计算，如：

σy=∑KMi·［%Mi］=4570［C］+3750［Mn］+83［Si］

+470［P］+38［Cu］+10［Mo］+80.5［Ti］+113［Sn］

+30［Cr］

(注)：式中各元素为固溶态的重量百分数。

3.14 微合金钢晶粒细化的强韧化机制

低碳钢在常规热轧状态，铁素体晶粒尺寸在 14—20µm，屈服强度的增量约在 131—148Mpa，

正火状态铁素体晶粒尺寸为 8—14µm，屈服强度增量提高到 240Mpa，控轧控冷后的铁素体晶粒

尺寸可达到 2—5µm，对强度的贡献为 350Mpa，如果铁素体晶粒实现了 1µm 目标，钢的屈服强度

增量有可能达 435Mpa，由此可见晶粒细化与钢的强化的关系，屈服强度的增值用下式表达：

∆σy=Ky·d-1/2

式中 Ky为晶粒细化强化系数，

d 为铁素体晶粒尺寸。

晶粒细化对强度有贡献，亚晶和胞壁结构对强度也有作用、有人认为，尺寸在 0.4µm 以下胞

壁结构的强化是主要的。0.4µm 以上则是晶界和亚晶界对强化起主导作用。

这里还有一些问题需说明：

① 晶粒细化强化的本质是晶粒间界的位错塞积，凡是影响晶粒间界的因素，自然也影响晶

粒细化的强化效果。

② 晶粒细化可以指铁素体，也可以指珠光体，奥氐体、马氐体等。晶粒尺寸是个广义的名

称。

③ 在所有强韧化机制中，仅有晶粒细化既提高强度，又能改善韧性，所以它是钢中 重要

的强化方式。

④ 到目前为止，韧化理论的发展滞后于强化理论，这与韧性指标的不确定性和韧化原理的

复杂性有关。

3.15 微合金钢析出强化的机制

微合金元素在钢中能形成碳化物、氮化物或复合的碳氮化物，微合金化钢的特点之一就是利

用碳、氮化物的溶解一析出行为。微合金化钢的析出强化指在钢的基体内分布的碳、氮化物，还

有金属间化合物、亚稳中间相等第二相质点的析出在间界、运动位错之间产生的相互作用，导致

钢的流变应力和屈服强度的提高。

第二相质点有两种强化

① 奥洛旺机制（Orowan），因为位错不进入质点，也叫做绕越机制。

② 切过机制，位错穿越质点，造成共格应变、以及对层错、有序化以及弹性模量的种种影

响。

但析出能产生强化作用还是有条件的， 重要是析出物颗粒的尺寸和析出物的体积分数。析

出物越细小，析出物析出数量越多，强化效果越大。在 Nb、V、Ti 三种微合金元素中，Nb、 V

和 Ti 的微细析出相才能起这种作用，所以钢的热机械处理（或控轧控冷）要力图实现细小的析出，

然而 0.003～0.1µm 颗粒度的析出都能产生一定的效果。

研究工作的新进展认为，钢的强化（还有韧化）起主导作用的是微合金元素的析出，晶粒细

化作用是第二位的，从属的，因此建议将微合金钢的强度方程式修正为析出强化为元素因素的强

度表达式：

)2

ln()2

ln(bX

Xf

KbX

Xf

K r

r

rriy

α

α

αασσ ••∑+•∑+=

式中σi 为点阵强度，Kr、Kα分别为奥氏体和铁素体析出强化系数，fr、fα，Xr、Xα，分别为

奥氏体和铁素体中析出的体积分量和平均质点距离。

3.16 微合金化钢的相变强化

微合金化钢多数是屈服强度在 490Mpa 以下，由热机械处理后使用的低碳钢。在这个前提下，

简要介绍什么是相变强化。

我们知道，钢的性能取决于钢的组织结构（或称为钢的组织及微观精细结构），而组织结构的

主导是由相变决定的。 简单的例子是低碳钢在轧后随冷却条件的变化，有铁素体+珠光体、铁素

体+贝氐体、马氐体等几种结构。钢的力学性能也随之有很大的变化，从而可以生产出不同强度等

级的钢材品种，用于各种不同的用途。这种情况就归属于相变强化。

相变强度有什么特征

① 钢的化学成分决定要有结构变化的原相（母相），这是前提。

② 发生相变有一个形核和长大的过程，例如随冷却条件的变化，相变有扩散与无扩散之别，

在较高温度下的相变过程由扩散控制，低温下的相变为切变控制机制。

③ 应变和冷却是两个重要的驱动条件，在外力的作用下，如热加工或冷变形；在冷却或在

加热的情况下，状态失去了平衡，由高能量状态向低能量状态转变。

微合金化钢合金设计的主线是添加的 Nb、V、Ti 及钢中的 C、N 等元素的调整，微合金化钢

的生产工艺是导演这些元素的行为来表现钢的特性，所以微合金元素及其析出受扩散控制，从而

它们影响新相的形核和长大过程。也由于微合金元素对钢的再结晶温度，相变点的影响，并籍助

于不同的轧制规范，例如微合金化的管线钢，就有铁素体—珠光体、少珠光体、无珠光体、针状

铁素体、超低碳贝氐体等几种组织结构，从而可获得 X52—X70 不同强度级别的材料。

第四部分 微合金化钢生产技术要点

4.1 管线用钢的生产技术

1. 管线用钢

制造石油、天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷，称为管线用

钢（steel for pipeline）。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧

螺旋焊管。国内拥有 60 万吨／年口径在 1800mm 以内的螺旋焊管的生产能力，近年已建立了口径

在 1600mm 以内的直缝厚壁焊管的生产线。国内能生产符合 AP15L 标准的管线工程设计要求的管

线钢仅有 10 多年的历史，首推宝钢，还有鞍钢、武钢、攀钢、酒钢、舞钢等，稳定生产 X60—X65

级管线钢并在国际市场上占有一定的地位，试生产的 X70 级管线钢质量也达到了国际先进水平。

2. 国内外油气管线建设现状

近 50 年欧洲共辅设输气管线 241 条，消费钢材达 503 万吨，采用 X65 和 X70 级管线钢占 89%；

输油管线 33 条，用钢量 26 万吨，X65—X70 级管材为 40%。北美在 1969—1998 年间新建油气管

线中 X70 级钢材占到 55.25%。迄今为止，全球已建成 X80 级输气管线 8 条，总长 462Km，管径

φ1118—φ1219，壁厚在 12.0—13.6mm。并已研制成功 X90 和 X100 级管线用钢。

我国油气管线建设进入第二个高峰期，今后 10 年内油气开发的规模将超过以往 50 年。将铺

设输油管 7540Km，输气管线 14570Km，约需 X42—X65 级管线钢 508 万吨，中俄输油管线工程

及另外 4 条国际输气管的境内部分长度在 12385Km。西气东输工程管材选 X70 级，设计输气压力

为 10Mpa，按管径φ1016、壁厚 14.7mm 估算，需管线钢 175 万吨左右。

3. 管线钢的技术要求

现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产

几乎应用了冶金领域近 20 多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高

压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、低

包申格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗 HIC 和抗 H2S 腐蚀。优化的

生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性。C≤0.09%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.002%，并

采取微合金化，真空脱气+CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷

却等工艺。管线钢的性能十分稳定，X70 级屈服强度和抗拉强度的波动值小于 70Mpa，抗 HIC 钢

的冲击功波动值在 70J 左右。国内外管线规范中没有对管线用钢材的韧性指标，仅对管材有具体

要求：

① 低使有温度下（-5℃）DWTT≥85%SA；

② 低使用温度下（-5℃）夏比冲击吸收功≥145J。

4.2 造船用钢的生产技术

1. 造船用钢

建造民用或军用船舶的钢铁材料，都称之为造船用钢。有钢板、型材、管材、铸锻件等等。

但习惯上造船用钢仅指船舶壳体用的钢板，有一般强度造船钢板、高强度造船钢板和海军舰艇壳

体用钢板三大类别。

2. 造船用钢的技术要求

① 对强度的要求。较高的强度可以减少船体的重量，减少焊接工作量，增大承载能力。高

强度钢的采用又受到船体刚性和耐蚀性的制约。

② 船体线形较为复杂，有多类型的单曲线或双曲面，要采用冷、热弯及矫正等多种成形操

作，要求钢材对造船工艺的适应性，还包括在焊接和修补。

③ 对塑性和韧性的要求足以补偿由于建造过程中各种操作的加工硬化和热循环对材质的影

响。对于艏柱、船体纵弯应力 大的部位、船底及舷部止裂板等重要部位，要求高的抗裂性，要

求在低温条件下具有较低的延一脆性转变温度和足够的冲击吸收功。

④ 耐海水腐蚀性

3. 造船用钢的需求

进入 90 年代，国际海运量的增长高于运力的增量，船舶市场新船建造和旧船成交活跃，头 5

年新船交易达 3200 万排水吨位。我国仅船舶工业总公司系统共造船 676 万吨，后 5 年可再造

350—400 万吨。占世界造船量 1／10。

我国造船业已能建造 28 万吨级油轮、15 万吨级散货轮、1200 吨钻井平台、4200m3LPG 船、

3000m3 液化气船及全程自控高速水翼船。

国内涉及造船的船舶公司、交通部和农业部的造船能力在 600 万吨左右。可为冶金、电力、

石化、水电、煤炭、城建及轻工等行业建造 24 大类数千种非船舶产品。但生产能力略低于日本的

1400 万吨和韩国的 1300 万吨。

目前造船钢材年需量在 200 万吨，其中造船钢板在 100—120 万吨左右。国内基本可以生产四

个钢材品种、五个级别的船板。240Mpa 级一般强度船板需求仍是主要的，450、600Mpa 级高强

度船板亦能生产。

4. 造船用钢生产技术要点

① 对于 A、D 级船板洁净度要求≤0.008s、≤0.015P、E 级要求≤0.005%S、≤0.010%P、F

级要求≤0.002%S，≤0.005%P。对于海军舰艇用钢板为保证 NDT≤－550C，要求≤0.002%S、≤

0.005%P，≤40ppmN、≤10ppmO 和≤1.0ppmH。精炼工序是必不可少的。

② A、D 级可以采用热轧、控轧交货，E 和 F 级允许正火处理或热机械轧制状态使用。

必须要区分控轧和热机械轧制的差距，现标准规定不具备热处理条件就不能生产 E 级和 F 级

船板。

③ 钢的质量要求，还包括对外形方面和尺寸精度的要求，超声波探伤的要求及性能稳定性

的要求。

目前国内几乎所有有轧板条件的钢厂都已通过论证，可以生产一般强度的 A、B、D 级船板。

但一般船板的 E 级和高强度级船板仅限于鞍钢、武钢、舞钢、浦钢和重钢生产。

4.3 桥梁用钢的生产技术

1. 桥梁用钢

这里所说的桥梁用钢单指大型箱梁结构公路桥和铁路桥栓焊结构用的钢板或型材，不包括悬

索和吊缆用的钢丝绳、栓焊梁用的高强度螺栓用钢。

2. 桥梁用钢特点

在 20 世纪 50 年代，桥梁建造由铆接结构向焊接结构过渡，对桥梁用钢的要求有了很大的变

化 ，主要有几个方面：较高强度，良好的焊接性，良好的断口和时效性能，较高的低周疲劳性能，

以及较好的耐大气腐蚀性。历史上曾采用 3%的铬钢或镍钢来造桥，在使用低合金高强度钢之后，

桥梁用钢的屈服强度由 230Mpa 逐步升级提高到抗拉强度 590Mpa 级和 785Mpa 级的调质热处理型

的钢材，国外一些大气耐腐蚀钢也有被用于建造桥梁，如日本的 SMA570。美国的 Corten 钢等。

3. 桥梁用钢的需求

在 50 年代我国采用 345Mpa 级的 CXЛ-1 钢建造了武汉长江大桥，60—80 年代基本上采用同

一强度等级的 16Mnq 钢建造了南京长江大桥等一批栓焊结构桥梁，直至 90 年代的京九线上第一

次选用了 440Mpa 级的 15MnVNq 钢建造九江长江大桥。微合金化一控轧钢的应用开启了我国现

代桥梁用钢新的一页。StE355 钢用于上海黄浦江的南浦、杨浦和徐浦大桥，14MnNbq 钢用于芜湖

长江大桥，武汉长江二桥和南京长江二桥。

我国平均年建一般公路 8500Km，高速公路 1300Km。单跨 400m 以上的公路桥梁 8 座。在铁

路建设方面，包括东—西部通道，西—南部通道和国际铁路工程，合计将新建改造线路达 10000

余 Km，仅线路上的桥梁建设，需桥梁用钢 15 万吨。据预测在 2001—2005 年期间，对桥梁用钢

板的需求在 23—25 万吨之间。

4. 桥梁用钢生产的技术要点

桥梁钢有耐候钢和非耐候钢的区分，还是以非耐候钢为主，典型的钢种牌号有 16Mnq，

15MnVNq，14MnNbq，SM490。SM520，SM590B、C、ASTMA709，STE355、STE380、STE420

等。国内应用的发展趋向看、铁路桥主要用 14MnNbq，公路的悬索桥和斜拉桥主要选择 STE355，

这两个牌号都属于含 Nb，微合金化钢。

不论转炉或电炉冶炼，都要求炉外精炼，洁净度要求不很高，但要保证≤0.010%S.≤0.02%P。

在性能上要求较小的波动范围。Nb-Ti 复合微合金化（14MnNbq）和 Nb-V-（Mo）复合微合

金化，既能达到 120～160J 的冲击吸收功和低于－45℃的零塑性转变温度，而且具有较优良的抗

时效性能，对于桥梁用钢是十分重要的。

4.4 高层钢结构建筑用钢的生产技术

1. 高层钢结构建筑用钢

自 50 年代起，高层建筑已成为国际上城市建筑的发展趋势。我国的建筑规范也在发展，尤其

是在改革开放以来，高层建筑成为城市现代化的标志，由钢筋混凝土结构，钢筋混凝土—钢混合

结构、向钢结构过渡。钢结构建筑采用专用钢板和型材，由于技术要求和生产工艺的特殊性，形

成一个特殊的钢材品种，统称为高层钢结构建筑用钢。

2. 我国高层钢结构建筑现状

我国民用现代高层钢结构建筑，自 1985 年起步，至今已建成或正在建设的约有 30 栋，已结

构完工的高度 294.1m 的深圳地王大厦和高 365m 的上海金茂大厦是目前我国高层钢结构建筑之

，总用钢量分别为 1.2 万吨和 1.4 万吨。

我国台湾省 76 年以前，供住宅使用建筑物高度不超过 20m，77 年放宽至 200m，71 年以后，

采用抗震钢材和框架斜撑结构，至今已完工 16 栋。台北市新光人寿大厦 1990 年建，50 层，用钢

量 2.0 万吨，高雄市国际广场 1993 年峻工，85 层、用钢量 5.8 万吨。

3. 钢结构基本技术要求

① 高层钢结构建筑受力复杂，要求安全可靠，能够抵抗突发灾害(如水、火、地震、风暴等)。

因此，除了有足够的屈服强度和抗拉强度外，还要求具有低的屈强比、良好的冷变形能力和高的

塑性变形功，在局部超载失稳的情况下不发生瞬间的断裂。

② 具有良好的焊接性

③ 良好的断裂韧性

④ 厚度 40mm 以上焊接连接梁柱节点用钢要求抗层状撕裂性能

4. 高层钢结构建筑用钢技术要点

我国这一专用钢材品种的生产起步较晚，目前已形成的舞钢和浦钢为主的板材生产基地和以

马钢、鞍钢为主的 H 型材生产基地，主要钢材牌号有 Q345B、Q345B—Z8.5、SM400B、SM490B、

SM490B—Z25、及 ASTMA572／A572M Gr50 等。

① 舞钢采用超高功率电炉冶炼—LF／VD 炉外精练—连铸或模铸—4200 轧机—热处理的流

程。产品用于天津云顶大厦、上海信息枢纽大厦、大连云山大厦、厦门国际会展中心。

② 浦钢采用由宝钢 TDS 铁水预脱硫—转炉冶炼—cas-OB／RH-OB 精炼—连铸的钢坯由本

厂的 4200／3500 轧机轧板—双步进梁式热处理炉的工艺流程。产品亦已成功用于建造大连远洋大

厦、深圳世贸大厦、天津国贸大厦及长春光大银行。

③ 马钢：H 型材生产采用由德国和美国引进的多机架万能 H 型钢轧机。具有较高自动化程

度。马钢、鞍钢和莱钢的总设计能力为 140 万吨。可以生产 100—700mm 的产品。目前腹高超过

700mm 窄翼缘系列和翼缘宽超过 400mm 的宽翼缘系列还不能生产，而这些规格在铁路桥梁，海

上石油平台上使用比例很高。

5. 建筑用钢特别要求

① 高层钢结构建筑承受风荷的作用，层间位移角为 1／400，约为钢筋混凝土结构的一倍。

在地震作用下，层间位移角为 1／250，约为钢筋混凝土结构的两倍。以上海浦东金融大厦为例，

风荷位移角为 1／533，北京中国国贸中心的地震位移角为 1／266。

② 一般建筑钢材在 3000C 以下屈服强度基本上稳定，在 500℃和 600℃时，屈服强度分别为

常温下的 0.48 和 0.27%。提高钢的耐火性十分重要，远比采用防火涂料和增加防火层结构要省工、

省料、增加了建筑的有效使用面积，又减少了环境污染。日本和美国已设定对耐火钢的指标要求，

600℃、1—3 小时内，屈服强度大于常温下的 2／3.

现有经验表明，针状铁素体和贝氐体组织的钢具有高温强度的稳定性。采取添加 Mo、Mo-Nb、

降低 Mn，可以有效提高耐火性。

③ 广泛采用轻钢建筑彩涂钢板

4.5 汽车用钢的生产技术

汽车制造工业是一个国家综合国力的标志。大力发展我国的汽车生产，将汔车制造业列为支

住产业是我国自“八五”以来的经济发展目标之一。计划在 2000 年汽车总产量 270 万辆，汽车保

用量达 2210—2320 万辆，至 2010 年分别为 600 万辆和 4400—5000 万辆。如何实现汽车用钢的国

产化，提高汽车用钢的质量就成为一个关键问题。

1. 汽车用钢

汽车制造主要采用钢铁材料，通常所说的汽车用钢指的是三大类别：

① 汽车大梁用钢

② 汽车滚型车轮用钢

③ 冲压薄钢板

各类载重汽车主要采用高强度冲压钢板制造底盘的纵梁、横梁和保险杠；车轮的轮辋和轮辐

一般采用热轧板，轿车生产则以冷轧或热轧薄板为主，又以热镀锌薄板占主要部分。目前发展的

超轻型轿车需要高强度可深冲的板材，高级轿车要求 IF 钢及无指纹钢板。而农用汽车系列则需要

耐用钢板，强度级别和精度不是主要目标。

2．汽车板的基本要求

除了对于结构材料必需的强度和塑韧比外，还需满足：

① 良好的成形性能，能冲压成形，耐皱不裂，

② 良好的刚性和抗凹陷性，在冲撞情况下 大限度地吸收能量。

③ 良好的耐腐蚀性，对于轿车要求 5 年不锈、10 年不穿孔。

④ 良好的焊接性，保证在线的高效焊接和装配。

⑤ 良好的喷涂性，对涂镀层的极好附属力。

⑥ 较高的尺寸精度和表面质量。是自动生产线的需求，也是高质量汽车的需要。

3．常规车型用钢

汽车通常采用热轧碳素钢板，高强度低合金钢板，热轧薄板，冷轧薄板，热镀锌板，电镀锌

板，镀铝板，镀铬板，彩涂板和不锈钢板等。国内常规车型对这些钢材品种的单车消耗量如表 20

所示。

表 20 我国八种车型薄钢板单车消耗量（kg／辆）

车型

科材

CA1091

(CA141-1)

EQ1092

(EQ140-2)

EQ1141G

(EQ153)

STEYR

1291

CA1046.2

(CA1361.2)

上海

桑塔纳

一汽

奥迪

南京依维柯

40.10

薄钢板 1004.8 1256.2 1424.9 3135.4 697.1 475.3 777.2 1089

其中冷轧板 436.0 253.6 191.1 588.8 201.8 419.0 71.0 800

高强度板 85.0 503.9 1.8 12.7 0.2

热轧板 197.2 224.2 277.9 1150.7 64.7 20.2

热镀锌板 2.4 0.2 26.7 339.9 21

电镀锌板 96.9 15.9 241.9 170

镀铝板 9.7 3.3 7

镀铅板 28.5 33.5 33.5 67.1

目前汽车板品种的发展趋势在 4 个方面：

① 超深冲级和特超深冲级的薄板，第三代冲压用钢的主要是超低碳无间隙原子钢的生产。

② 为满足现有优良冲压成形性，又具有足够刚度、抗凹陷性及耐腐蚀性的全部烘烤硬化钢

生产。

③ 合金化处理的镀锌板生产，提高耐蚀性。

④ 高亮度镜面板的生产，改善汽车面板的平坦度，反光性和润滑性。

4．汽车板生产的技术要点

以冲压或成形汽车板为例：

① 通过铁水预处理、精选废钢及钢包精炼的工艺技术保证 S、P、N、O、H 的总量低于 100ppm

② 低碳或超低碳，转炉复吹和真空脱气技术可使钢的碳含量低于 10ppm

③ 微合金化元素的含量控制在 0.02%以内。

④ 高强度钢板为保证优良的综合性能，有条件的情况下采取多阶段强制冷却工艺。

④ 讲究冷轧板的退火工艺，达到力学性能的 大均匀性。

4.6 集装箱用钢的生产技术

1. 集装箱用钢主要特点

集装箱运输是当今世界主要的现代化运输方式，随着国际贸易的活跃，多式联运的发展、大

陆桥的沟通，发展集装箱运输愈来愈重要。

我国集装箱制造业起步较晚，但发展很快，拥有制造厂约 40 家。1993 年产量即占世界首位，

1997 年产量为 100 万个标准箱。占世界总产量的 70%。

集装箱制造主要钢铁材料包括钢板、槽钢、方管、主角铸件。

1997 年我国生产集装箱用各类钢材 110 万吨，国产钢板 30 万，进口采用钢板 40 万吨。近年

由宝钢和武钢开发一系列集装箱用耐候钢板和非耐候钢板，钢板自给率已达到 75%，用于 Corten

箱和半 Corten 箱。随着高技术含量，高附加值的冷藏箱、保温箱、罐式箱、可折叠式平架箱等品

种的开发，增加了对耐磨蚀钢，耐低温钢的需求。

1995—1997 世界各地区集装产量统计见表 21。

表 21 1995—1997 年各类集装产量

国家或地区 1995 1996 1997

中国 695 680 793.0

韩国 123.5 80 56.0

印度尼西亚 88.5 66.5 45.0

马来西亚 67.5 58.0 42.0

中国台湾 73.5 57.0 39.0

印度 31.0 41.0 46.0

泰国 46.0 22.0 6.0

其他亚洲国家 12.5 8.0 10.0

西欧 86.5 85.0 82.0

土耳其 42.5 42.0 34.0

东欧／独联体 35.0 40.0 34.0

南非 32.5 31.0 21.0

中南美 25.0 25.0 24.0

北美 22.0 23.0 14.0

澳大利亚 5.0 4.5 4.0

世界合计 1386.0 263.0 1250.0

(以上统计数据引自 CI，CI，Containerization Yearbook 和 JCA 等出版物)

2. 集装箱用钢生产技术要求

对集装箱用面板主要有三项要求：

① 足够的抗凹陷、抗损伤性。

② 较好的耐腐蚀性、尤其要求耐海洋大气的腐蚀。

③ 良好的加工性能，要求可焊性、可成形。

广泛采用 Corten 钢的原因就在于屈服强度比碳素钢高 40%，能承受较大的撞击力，不出现凹

痕和划伤，表面油漆附着性好。裸露 Corten 钢在海运中在相当长的时间内不会腐蚀。

宝钢自 1996 年以来已生产集装箱用钢材 30 万吨以上，开发了普通经济型 Cu—p 耐候钢、高

耐候性钢和高焊接性钢三种类型。武钢开发了集装箱制造专用的耐候钢，具有 30 万吨／年生产能

力。

4.7 工程机械用钢的生产技术

1. 工程机械用钢

矿山开采和各类工程施工用的设备，如钻机、电炉、电动轮翻斗车、挖掘机、装载机、推土

机、各类起重设备及煤矿液压支架等机械装备总称为工程机械。这些机机械的制造，所需的焊接

结构部件用材、通常称为工程机械用钢，属于焊接高强度钢范畴。工程机械用钢还可包括型材、

履带板、耐磨铸钢、钢绳和钢绞线等。

2000 年各类工程机械对高强度钢板的需求量见表 22，大致需求的年增长量 12—15%，预测

2005 年和 2010 年分别消费 140 万吨和 220 万吨。

表 22 工程机械制造行业 2000 年需求（万吨）

品 种 挖掘类 装载类 起重类 自卸类 小计

特厚板＞50mm 2.0 1.2 0.8 0.2 4.2

中厚板≥4.75～50mm 24.0 18.0 22.0 14.5 78.5

薄板＜4.75mm 0.25 0.6 4.5 5.0 10.35

合 计 93.05

2. 对工程机械用钢的技术要求

工程机械用钢板基本上有两大类，一是焊接高强度钢板，二是高硬度高耐磨损板。

对于焊接高强度钢，用于工程机械的主要结构，承受复杂多变的周期载荷，因此要求钢材具

有高的屈服强度和疲劳极限，良好冲击韧性、冷成形性和优良的焊接性能。随着工程机械向大型

化和轻型化方向发展，又要求节省能源和延长寿命，所以要求钢材更高的强度级别，板厚由 6mm

至 50mm，甚至达 200mm。强度板由 400Mpa 至 1200Mpa，使用状态包括热轧、正火、调质、时

效等不同类型。

高硬度高耐磨钢主要用于工程机械的耐磨部件，如装载机的斗板，翻斗车的衬底板、挖掘机

的铲齿，要求钢材的表面硬度有 HB235—500 的不同级别，所以这类钢往往是以淬火+回火调质状

态交付使用。并按实际使用硬度和板厚来选择钢种和牌号。

在钢的生产汽车用钢技术方面，前一类在包括强度的同时，要提高韧性、为此要以较低碳含

量和焊接碳当量，着眼于钢的合合化和热处理工艺；后一类不讲究高的焊接性。注重钢的固溶强

化机制和硬质析出相的晶体结构类型及在钢中的弥散分布。

3. 近年工程机械用钢的发展

① 随着炼钢工艺和装备的更新，新的合金设计和工艺参数得以实现，如深脱氧和钛处理工

艺，薄板坯连铸的应用。

② 采用微合金化，Nb 微合金钢的热机械处理得以 广泛的推广应用。

③ 含硼钢的轧后直接淬火技术的应用，已生产出 980Mpa 级焊接高强度钢和 1080Mpa 级可

焊耐磨钢。

第五部分 钢材品种结构调整

5.1 钢材品种结构调整之一——大力发展微合金化钢

1. 我国钢铁业结构调整方向

世界经济日益走向全球化，市场的竞争日趋激烈，钢铁业也不例外。企业的发展依赖于市场，

钢铁企业的结构调整毫无疑问必须以市场为出发点，又以市场为归宿，除此别无出路。

我国钢铁工业的结构调整始于“八五”期间，实质性的变化只是在近几年。我们从日本、韩

国、前苏联、欧美等国钢铁工业通过结构调整走向新的繁荣来看，我国钢铁业结构调整该如何：

① 日本从战后以来至 1967 年曾进行三次结构调整。从初期的仅着眼于轧钢设备的改造向企

业大型化和产业化发展。在 80 年代，为适应电子、家电、汽车工业发展的市场需求，结构调整的

中心放在产品高档化，开发新工艺和节能省力方面。提出了“结构转换理论”，1974 年形成了 1.3

亿吨产钢能力；90 年代新的一轮结构调整在政府的干预下，通过企业兼并，产业结构的协调以，

实现利益再分配。

② 韩国以浦项钢铁公司为例，靠科技、不断优化技术结构，实现从劳动、资金密集型向技

术知识密集型转变。按《钢铁工业育成法》、政府投资 1／3，不干预企业的经营管理，1995 年浦

项公司产钢 2340 万吨，成为世界第二大钢铁企业。

③ 欧美各国近 20 年的结构调整，以改造老企业、改进生产工艺和装备为重点，由国内钢铁

企业兼并重构发展成为组建跨国公司。通过削减能力，提高产品的技术含量，实施技术的垄断，

增强市场竞争力。建设高劳动生产率的短流程“小钢厂”。是美国钢铁工业结构调整特色之一。

④ 前苏联的钢铁工业给我们带来的是“以量取质”的教训。

与其他各国结构调整的方针不同，在“解体”前后，在钢材品种、质量和工艺装备的技术结

构等方面未能及时调整，80 年代钢材产量曾达到 1.5-1.6 亿吨，但一直是出口坯料，进口高技术产

品。近几年虽有几个企业进行了小规模的改造和重构，但钢铁业的整体工艺技术水平十分落后。

欧盟 15 国及加拿大、美国、巴西、南非、日本、韩国和澳大利亚等 22 国 1974 年钢铁行业职

工人数为 231.5 万人，合计粗钢产量为 3.2 亿吨，至结构调整后的 1998 年，粗钢产量已达到 4.5

亿吨，但企业员工人数已减少到 93.9 万人。

我国钢铁业的结构调整政策是“控制总量，扩大出口，继续关小（钢厂）”，在钢铁产品的国

内外两个市场的激烈竞争中，有可能实现平稳发展，但在短期内无法取得与欧美、日本、韩国相

当的结构调整成效。

1949—1997 年的 49 年间，我国总共进口 2.7581 亿吨钢材，相当于同期国产钢材的 20%，为

此化费了外汇 4946 亿元。几乎相当于 49 年在钢铁建设固定投资总额 4377 亿元。至 1999 年我国

钢材生产 1.1957 亿吨，表观钢材消费量为 1.3075 亿吨，钢材进口 1480 万吨、钢材出口 368 万吨，

自给率为 91.1%，但出口产品平均单价仅为进口产品平均单价的 0.6。

2．提高市场竞争力

我国已成为当今世界 大的钢铁生产国，又是 大的钢材消费国，深层次的差距并没有明显

的缩小。虽有国内市场的稳定份额，有地域的优势，有合金资源的优势，还有吨钢劳动工资的优

势，但专家们对行业发展进行跟踪研究的结果表明，控制总量只是调整市场供需比例的一种措施，

对于带根本性的钢材品种、质量和工艺装备结构的调整必须落到实处。实现“平衡、稳定”的发

展，并不说明能增强在国际市场上的竞争能力。

对于我国的占钢产量 95%左右的普钢企业结构调整是问题中的重中之重。

一切从市场出发是肯定无疑的，

① 经济发展和各工业领域对高技术含量的中低强度等级结构钢材的迫切需求。

② 近年的技术改造已使许多普钢企业拥有优化流程的生产装备、这些装备具有生产大宗进

口钢材品种的基本条件。

③ 从品种开发考虑，具有合金化资源条件

所以，普钢企业钢材品种结构调整方案的共同点就是要大力开发低合金钢和微合金化钢，按

微合金化钢的优化流量加强技术改造的力度。

5.2 钢材品种结构调整之二——扁平材的市场需求

扁平材的产量和质量一直是我国钢铁产品中比较落后的一部分，中厚板、薄板、带钢及电工

钢长期来资源量在不断增长，但高技术含量的专用钢板带产量比例较低，市场对板带的需求并未

与经济增长同步。进入 1999 年，市场状态了有变化，1—6 月份累计已生产中厚板 779.8 万吨、薄

板 984.6 万吨。带钢 366.1 万吨，电工钢 58.2 万吨、同比增幅在 15.2—36.0%

1. 中厚板

当前中厚板生产厂家 25 个，产能在 1500 万吨以上，今年的中厚板总量控制在“压普增优、

压低增高和大力增加专用板比例”的方针下产品结构得到明显改善，出口和以产顶进工作取得明

显成效。

今年拖拉机、汽车（包括农用汽车）、切削机床、锅炉、机电设备、化工设备、工程机械和包

装机械行业的需求日升，促进了中厚板企业的技术改造进程，专用钢比例已达到 20%以上，仅上

半年中厚板出口量突破 50 万吨，是 1995 年以来第一次回升。

中厚板需求的几个主要品种：

① 能源开发，西气东输工程需要大量的管线钢

② 公路交通建设需要桥梁用钢和高速公路护拦钢板

③ 西部开发带动的铁路建设，需要车辆钢板和耐候钢板

④ 全国规模的城市建设新高峰期的到来，对钢结构建筑用钢板的需要

⑤ 国际造船业又有回升，国外订单不断增加，对一般强度和高强度船板的需求增长

⑥ 我国的集装箱制造行业正处于改型期、随着由通用型集装箱生产向冷藏、保温、折叠式

集装箱的转变，对耐腐蚀、耐低温集装箱钢板的需求。

这些品种在 5—10 年内，需求将稳定增长。中厚板产量中专用钢板目前能力仅在 337 万吨，

2005 年和 2010 年将有 565 万吨和 630 万吨的 低需求，加上扩大出口，要在品种开发上下功夫。

2. 薄带钢

我国热带钢的发展迅速，1999 年薄板生量为 1730 万吨，钢带 603 万吨，比 1998 年分别增长

16%和 24%，薄带钢的消费在经历一段低迷后，现在市场形势比较乐观。在国内三套薄板坯连铸

连轧生产线陆续投产后，效率、低成本的产品必然与热连轧机产量竞争，表面质量较高的热轧超

薄带又必然要取代 1.0~1.5mm 规格的冷轧薄板市场，当然还有一个问题，供大于需的热材带轧必

须大力开发专用钢的品种生产。

对薄带钢需求预测大致如下（万吨）

品 种 1996 年消费量 2000 年估计 2005 年预测

热轧薄板 1003.96 1810 1990

冷轧薄板原带 2235.80 2850 3600

冷轧薄板 1057.58 1440 2115

镀锌板 149.85 200 270

镀锡板 67.57 100 110

彩涂板 1998 年

54.9 100 140

冷轧不锈钢 21.57 58.0 88.5

目前市场看好的几个品种：

① 小口径、薄壁管线用钢

② 轿车用外板和内板

③ 滚型车轮用车轮用钢

④ 集装箱用钢板

⑤ 气瓶钢

⑥ 门窗及厂房建筑

3. 热轧窄带钢

我国拥有热轧窄带钢轧机 32 台，生产能力 700 万吨，冷轧窄带钢机组 420 台套，生产能力约

160 万吨。但 1997 年的实际产量分别为 420 万吨和 70～80 万吨。窄带钢生产的总体装备水平较

低，连续的精轧机组较少，后步工序的设备不多不配套、面临淘汰的局面，但近年对窄带钢的需

求经久不衰，从中国国情出发尚有发展的空间，窄带钢具有宽带钢不具备的优势，两种产品将长

期共存。特别在以下 4 个用途：

① 水、煤气管用钢

② 自行车用钢

③ 捆扎带

④ 弹簧和工具用钢

5.3 钢材品种结构调整之三——长型材的市场需求

1. 长型材的范围

长型材通常指的是包括铁道用钢轨在内的各类型材、包括热轧和冷拉钢筋在内的捧、线、丝

材、以及无缝钢管等钢材产品。

我国 1999 年全国钢铁企业分品种成品钢材产量统计表明，长型材产量占总钢材产量的 58%，

而其中小型材和线材两大产品合计达 6136.57 万吨，即占钢材总产量的 51.3%。生产小型螺旋钢筋

的企业超过 480 家，产品技术含量较低，但仍然存在发展的空间，具有发展中国家钢铁企业结构

的一般特征，很不适应经济发展对钢材的需求变化。

2. 型材几个重点发展品种

我国拥有型材轧机 3400 余套，产能达 4900 万吨，1999 年大型材产量为 115.35 万吨、中型材

511.25 万吨、小型材 3141.72 万吨。企业钢材品种的结构调整重点发展如下几个品种。

① 建筑用Ⅲ级热轧螺纹钢筋

我国 1999 年各级别建筑钢筋在 2400 万吨以上，当前迫切要求正确引导混凝土结构用钢材的

生产和消费，技术上适应并能促进有关行业技术水平的发展提高。尤其要加大 400Mpa 级Ⅲ级热

轧螺纹钢筋的生产力度，这种钢筋正证明强度和韧性的合理配合，强屈比在 1.25 以上，无时效倾

向，较低脆性转变温度，良好的焊接性。需要的是根据企业装备条件选择合金类型和优化工艺规

范，不宜再用 20MnSiⅡ级钢筋，发展抗震和耐火钢筋，以提高安全储备。

② H 型钢

重视 H 型钢开发，扩大 H 型钢的应用领域已在钢铁企业和各行业形成共识。自 60 年代起由

万能轧机生产的 H 型钢进入市场，成功替代了钢板的拼接，省材、省工、结构力学更为合理。高

层建筑是 H 型钢的重要用户，90 年代国外高层钢结构建筑约有 40—63%采用 H 型钢，用钢量在

30—120kG／m2。H 型钢还广泛用于工业厂房结构件、大型桥梁的箱梁、大型船舶、港口码头、

地下支护工程、电站重型锅炉承重结构等方面，钢结构的使用水平已成为一个国家经济发达程度

的重要标志。

③ 高强度螺栓用园钢

仅以 1998 年为例，型材产量统计中括了大型园钢 2.1 万吨，中型园钢约为 18.8 万吨。其中包

括了公路和桥梁，以及高层建筑钢结构用的高强度螺栓园钢，它的重要性日趋突出，要求材质的

高韧性、低时效性和优良的低周疲劳性能，为此要求钢材的高纯净度的高表面精度。

④ 铁道用钢轨

1999 年我国生产重轨 111.87 万吨，轻轨 11.32 万吨。近两年的需求 2000 年和 2001 年分别为

110 万吨和 120 万吨，此后 5 年借西部开发为契机，是铁道建设的高峰期，新增铁路总里程 9000Km，

包括新铺线路 5340Km、复线 2580Km，地方铁路 1000Km，所以钢轨的年需量在 120—150 万吨。

重载铁路所需轨材“高强度、重型化”和“耐疲劳、耐磨损”方向发展，而高速铁路用轨则要求

“高精度、高平直度”。

⑤ 特钢棒材

当前特殊钢的发展具有性能高级化、品种规格多样化的特点。因此对钢材的均匀性、超细组

织、表面质量和尺寸程度的要求很高，在特钢领域内，目前唯有轴承钢、齿轮钢和模具钢在产量

上和质量上尚有一定的市场竞争力。包括耐热钢、高温合金、耐熔和耐蚀高合金虽生产规模不大，

成本又高，但属于重要工程的特需和军工配套，必须保留和形成国内的生产基地。

3. 线材中几个重点发展的品种

我国现有线材轧机 840 余套，总产能 2370 万吨，其中高速线材轧机 34 套 50 条生产线，生产

能力约 1000 万吨，1999 年我国线材产量 2229.9 万吨，占钢材总产量 20.8%。

目前线材生产仍是多种经营模式并存，正逐步采用新技术。近年整体装备水平有所提高，加

快了达产速度。线材中的高线比为 46%、硬线比约 8.6%。线材中市场需要的部分高技术含量品种

如下：

① 冷镦钢盘园

我国用于生产标准件等机械元件的冷镦钢年消费量在 40 万吨以上，据统计，约有 50%的冷镦

钢依靠进口，国产钢材由于钢质不纯和盘园尺寸精度欠佳造成镦成率低的多数普钢企业的线材品

种中、冷镦钢仍属于重点开发产品。

② 焊接用线材

用于焊条和焊丝生产的线材年需求在 50 万吨左右，大宗消费是碳素焊条钢，主要问题是钢中

杂质 S、P 控制和低硅钢的冶炼。合结钢和堆焊焊丝钢的年需量不足 5 万吨。

③ 微合金非调质钢

由于非调质代替淬火+回火热处理，节省原材料、省工、减少变形等优点，“七五”和“八五”

期内开发了含 V 非调质钢系列、已有 15 个牌号列入相关标准之中，包括易切削、冷作强化、热

锻、高韧性等几类。近年成功用于汽车、拖拉机、机床和机电产品的曲轴、连杆、半轴、齿轮、

丝杠、及各类轴件和螺栓。“九五”内又开发了含 Nb 非调质钢，出色用于汽车治塞拉杆等锻件。

农用汽车及农机市场是微合金非调质钢的近期用户，预测在 20 万吨／年左右。年增长率将在

15—20%。

④ 特钢线材

90 年代以来，我国许多特钢企业，如上钢五厂、锡钢、长城钢厂、大连钢厂、抚顺钢厂、陕

特等企业先后引进了合金钢棒线材轧机，目前生产能力达 120 万吨。可以生产高质量的合结、轴

承、弹簧、齿轮、高速工具及不锈钢线材。特钢企业可以在除碳结、合金、轴承钢以外的钢材品

种领域发挥作用。

⑤ 冷拔钢丝

发达国家丝材占钢材总产量的比重达 2—10%，我国的丝材比例还不到 1%，属于短缺产品。

在进口钢丝品种之中，主要是钢帘线、镀 Zn 绞线、汽车悬挂弹簧丝、汽车阀门丝、以及比较大宗

的低松弛预应力钢丝和 PC 制品，这些产品投资和市场潜力都很大，目前需要解决的问题是生产

质量差，成本高，利润低。

5.4 钢材品种结构调整之四——企业的产品分工

1．产品分工的必要性

钢铁行业结构调整的目的是依靠科技进步，增强产品的市场竞争力，重点是工艺技术结构调

整和产品的结构调整，以满足日益增长的不断变化的市场需求。

我国钢铁行业企业多、规模小、产品雷同、技术层次不高。实行企业产品分工是加速工艺流

程优化、达到规模效益的必由之路，西欧、北美、日本等地区的发达国家已取得了结构调整的经

验。

在总体装备落后，总产能过剩、产品结构不合理的情况下，产品生产的分工便于不断提高工

艺技术水平，实现先进技术的独占特点、提高市场占有率。

2．几个可操作的产品分工方案

经几年实践，产品分工的难度很大、市场的不稳定性和不正当的市场竞争，加剧了地区内部

和地区间的竞争。产品的价格战掩盖了产品质量和售后服务的差别。

可操作的产品分工有三种方案：

① 按长型材、扁平材的特色品种的分工

淘汰富裕产能的设备和落后技术水平的设备、保留技术上占优势和市场占有率高的产品。

② 按地区需求调整产品结构，各地区经济发展不平衡，各地区必然对产品结构要求也不同。

按国际市场的变化调整行业的产品结构，按国内市场的变化调整企业的产品结构。

③ 按生产装备的特色改组为产品的专业生产厂。这类企业产品专业化，可满足各行业各层

次的需求。

3．产品结构的几种模式。

基本要求：生产上具有 大的灵活性，能满足市场和用户不断变化的需求，充分挖掘生产装

备的潜力；配合相关技术的引入和创新，满足较长远的材料需求；应当有利于提高产量、质量、

降低能耗；采用新的无污染工艺；效益 大化。

① 高炉—转炉—连铸— 型材(技术含量从低到高)

棒材(技术含量从低到高)

钢筋(技术含量从低到高)

② 废钢—电炉—连铸— 型材(技术含量从低到高)

线材(技术含量从低到高)

管材(技术含量从低到高)

③ 高炉—转炉—连铸— 中厚板(技术含量从低到高)

线材(技术含量从低到高)

④ 高炉—转炉

废钢—电炉

5.5 钢材品种结构调之五——工艺流程优化

1．工艺流程优化的基本思路

一纸规划，调整产品结构还是比较容易，难度在调整工艺技术水平以适应调整后的产品结构，

关键在突破长期以来实行计划经济所形成和积累下来的工艺流程落后局面。

① 要有利于技术升级和产品换代同期发展

② 实现市场竞争力和经济效益的同步增长

2．按优化的工艺流程进行技术改造

① 形成一批先进的新增生产能力

② 宽松的行业内部环境，给予企业在劳力、物力、资金、信息等资源方面合理配置，充分

加以利用。

③ 企业重组是 可行的途径，淘汰或剥离低效益设备。

3．工艺流程优化的几个主要方面

① 集中炼铁布点，提高规模效益

② 充分利用国际资源，主要是铁源

③ 淘汰高能耗的平炉炼钢、化铁炼钢及叠轧薄板，横列式线材轧机，热轧窄带，小径热轧

管的生产设备。

④ 在套炉外精炼，提高钢水洁净度。

⑤ 大力提高连铸比，推广应用高效连铸、薄板坯连铸连轧、薄带连铸技术。

⑥ 完善轧后精整和在线检测

4． 典型的工艺流程优化

产品不同应当配置相应的工艺流程

产品的专业化生产线应当合并，工艺技术和装备的改造

新产品开发战略要求市场定位和工艺结构定位相适应

薄板坯连铸连轧

国内工艺流程优化的典型例子：

① 宝钢主体的板带材和无缝管生产流程

② 上钢五厂和抚钢的普特结合、长短结合的低成本、高质量产品的发展模式

③ 沙钢的棒线材和渡涂板生产流程

优化产品工艺流程应当在技术进步，技术进步速度以及技术进步对产值增长速度的贡献三个

指标有所反映。

5.6 低（微）合金钢在西部开发中的地位

进入新世纪，我国进入全面建设小康社会并加快推进现代化的新阶段，经济全球化和科学技

术的日新月异的发展又使我国现代化进程的外部环境发生新的变化。党中央和国务院实施西部大

开发的战略，就是保证我国的第三步战略目标不断迈进的重大举措。西部开发要进行大规模基础

设施和重点工程项目的建设，各种材料是必不可少的，其中钢铁材料是极重要的基础原材料之一。

1．低合金钢的重要性

主要有 4 条：

① 基础设施建设如住宅、厂房、道路、电站、机场、线塔、管线等等，传统的用钢规范，

都采用普碳钢，而国外现阶段采用低合金钢的比例已达到 40—50%，在数以千万吨计的钢材消费

中，可以节省 20—30%钢材。

② 各行各业大力支持西部建设，以 2000 年上半年全国主要消耗钢材产品的产量为例：

工业锅炉 32390 蒸发量吨

切削机床 8.26 万台

汽车 107.97 万辆

摩托车 430.41 万辆

内燃机 10083 万千瓦

小型拖拉机 110.28 万台

电动机 2408.42 万台

家用洗衣机 679.43 万台

空调 974.15 万台

所消耗的钢材总量中低合金高强度钢占 18.0%，但我国低全金高强度钢的产量比仅 5%，这里

说明两个问题，一是钢材结构中要提升低合金钢的比例，二是低合金钢开发和生产的发展势头不

可低估。

③ 从较早时候对 9 个部分 27 个用钢品种的需求预测，2000 年低合金钢消费在 2276 万吨，

2005 年将超过 2600 万吨，多数品种自给率在 60—90%。虽大力推进以产顶进的计划，高质量的

低合金钢钢材品种还是有很大的缺口。

④ 包括西南和西北的广阔西部地区，钢铁工业相对薄弱，西南尚有攀钢、昆钢、重钢和柳

钢等大型企业，1999 年钢材总产量为 880 万吨，仅占全国产量的 9.4%。而西北地带，较大的企业

仅酒钢和新疆八一钢厂，1999 年钢材产量为 279 万吨，占 3.0%。主要产品为小型材、线材和中厚

板，只够本地区当年钢材消费的 38%。

2. 扶持西部发展低合金钢生产

① 原有基础较好的钢铁企业大力开发和生产西部开发所需的低合金钢品种，提高技术含量，

增加附加值。中厚板品种为管线钢、锅炉容器钢、汽车用钢、桥梁钢和工程机械用钢。小型材重

点放在以 400MpaⅢ级钢筋为基础的特色建筑用钢。线材品种主要是低松弛预应力钢丝和钢绞线盘

园，焊接用材、汽车、拖拉机和农机用非调质钢。

② 安排热轧薄钢板、超薄板的生产项目，填补冷轧薄板和涂镀板的品种空白。

③ 调整我国特钢企业的布局，安排部分企业中普特品种生产的结合，实现属于微合金化范

畴的合金钢、弹簧钢、轴承钢和工具钢的地区自给。