Nb 微合金化和含铌钢的发展及技术进步

郑果

石横特钢集团有限公司 山东泰安 271612

近年来，我国钢铁行业发展进入稳步时期，其发展提高了我国的钢业制造业水平，促进了钢业行业的发展，但是也导致了我国能源资源出现严重浪费现象，能源供应也语法紧张，尤其是钢、铁、合金等能源。而随着市场竞争的加剧，企业面临了更大的压力，铁合金价格大幅上涨，导致高强度钢合金成本也有所上涨，对此，钢铁制造行业开始寻求新的合金元素，铌金属在全球储量极其丰富，供应充足，且价格平稳，其在技术和经济发展上有着独特优势，能够为高强度合金提供稳定的资源。

1 Nb 微合金化发展及应用

1.1 技术发展

铌金属在钢铁行业中作为合金材料应用时间比较短，最先在巴西发现储量丰富的铌矿，丰富了铌的资源，在总储量中占据70%。铌铁价格稳定，其本身技术性能特殊，在油气输送、汽车高强度钢、医疗设备、航天工业等领域中应用广泛，且随着铌特性的研究，其应用范围也在持续扩大。Nb 微合金化技术研究于上世纪五六十年代开始，其是在普碳软钢中将碳含量降低，在其中加入铌元素，将钢的强度和韧性提升，之后，在70 年代，中东能源危机使得微合金化钢得到了发展，80 年代，加速冷却技术在高强度材钢中的应用十分广泛，推动了汽车行业使用铁素体不锈钢等[1]。90 年代，开始生产能够焊接高强度的结构钢厚板技术钢材，铌作为任机械处理与在线直接淬火等技术中的主要微合金元素，扩大了Nb 微合金化技术在炼钢领域中的应用。

1.2 应用

铌钢不仅在能源和汽车鞥行业应用广泛，其在工程建筑、造船、石油等领域也有着创新应用。铌的应用领域主要体现在三方面：第一，Nb 微合金化技术在高强度钢板、棒材等材料中应用，但是这类钢并不属于高强度低合金钢，其也用于汽车领域中的无间隙原子刚生产，成形性很好。第二，随着无镍含铌铁素体不锈钢的发展，其汽车排气系统和建筑行业也有着广泛应用。第三，航天领域所应用的高温合金与铌钛合金。

2 含铌钢技术发展及应用

2.1 技术发展

（1）高强度焊接结构钢，铌作为该种钢材的首要微合金化学元素，能够提高强度，在汽车、采矿设备等领域应用广泛。相较于普通结构钢而言，加入铌元素的钢材强度更高，性能更好，可以满足690MPa 最小屈服强度。在热轧时，该钢材利用晶粒细化和亚结构强化等使得性能提升，在农业机械、铁路车辆等方面应用[2]。在淬火钢中，铌质量分数上升，达到0.1%，Nb 微合金化的优势十分显著。

（2）石油天然气管线中，深海管线壁厚需要超过40mm，管径要达到1620mm。而为了提高钢材的强度和人性，需要降低碳含量，提高铌碳化合物中的溶解度，在其中添加铌含量，铌含量较高的基础上，调节温度，受到铌元素的影响，在炼制过程中，其会形成体积较高的分数贝氏体，且能够将其中的铌碳化合物析出，进而使钢强度提升。

2.2 应用

Nb 微合金化不仅能够在板带钢材中应用，铌能够利用沉淀强化使奥氏体晶粒尺寸得以控制，进而细化组织，提高钢的抗疲劳性与韧性。

（1）非调质钢。对于铁素体珠光体钢而言，在钢种加入钒能够使其强度善生，但是晶粒会变得粗大，对其韧性产生不良影响，为满足汽车制造要求，提高钢的强度和韧性十分重要，非调质钢通过铌晶粒细化、强化析出的特征，成为汽车制造中的主要应用。按照钢级差别，碳质量分数会发生变化，碳含量降低会改善传统钢韧性及其焊接性。METASAFE1000 钢经过加热后，质量分数处于0.03-0.04%之间，钢最佳成分设计中，铌质量分数在0.05-0.06%期间，这时铌的存在形态为析出物形态，可以细化晶粒，同时可以在奥氏体中保持0.03%的铌固溶，可以对相变进行控制，使珠光体片层间距降低，为后续的析出强化提供便利[3]。质量分数在0.03%的溶质铌其析出强度在150MPa，其可以在汽车舟曲、转向节、凸轮轴等部件中应用。

（2）非调质高强度钢棒线材。主要用于高强度紧固的棒线材，其抗拉强度大于800MPa，具有良好的可冷成型力学性能。而其强度在1200MPa 时，该钢材具有良好的抗延迟断裂性能。若是在HRB400 低强度棒线材中加入0.01-0.03%的铌元素，其力学性能也能够得到改善。对于淬火回火合金钢而言，在紧固件抗拉强度大于1200MPa 时，合金钢可以在服役环境中遭遇氢攻击，进而使其发生延迟断裂现象，为了能够降低其敏感性，需要减少钢种原奥氏体晶粒含量等[4]。

在微合金化非调质钢内，铌不仅能够为钢强度和韧性提供保障，同时也能够使沉淀强化效果提升。铌和钼的协同作用使得钢的沉淀效果强化。钼在奥氏体重的转化效果比较好。铌有利于控制相变，直接淬火锻钢具有较强的屈服强度以及韧性。

3 结语

铌资源的丰富和铌铁市场价格的稳定，使得铌在钢铁等领域中的应用比较广泛，其成为稳定技术以及资源优势，为行业技术发展和应用提供了丰富的铌资源。而你在钢种的冶炼性质也随之冶炼技术发展和制造业发展逐渐发生变化，高性能钢的认可增强，其发展空间也更为广泛，在多相钢种的应用比较多，能够使钢的性能改变，而非调质处理技术的发展也使得铌微合金化技术提高，其应用也逐渐多元化。