3.2含钒钢的特点及应用在钢中加入钒可以显著提高钢的性能。实践表明，在结构钢中加入0.1%的钒，可提高强度10 ~ 20%，减轻结构重量15 ~ 25%，降低成本8 ~ 10%。如果采用含钒高强度钢，金属结构重量可减轻40 ~ 50%，成本比普通结构钢低15 ~ 30%。结果表明，除固溶强化效果不明显外，钒能显著改善钢的以下几个方面的性能。① V(CN)在奥氏体中有很高的溶度积，钒在低、中、高碳钢中有很强的沉淀强化作用。②钢中加入钒，通过阻止加热过程中奥氏体晶粒的长大，抑制变形奥氏体的再结晶，强化γ→α相变的晶粒细化作用，从而细化钢的晶粒。③钒对过冷奥氏体转变有明显影响。研究表明，与大多数合金元素不同，钒不延迟铁素体转变，但延迟贝氏体和珠光体转变。同时，钒对提高钢的淬透性的作用是同含量钼的两倍。在焊接高强度钢时，钒促进热影响区铁素体的形成，从而提高焊件的韧性。在中高碳钢中使用钒微合金化会明显延缓珠光体转变，在相同的冷却速度下可以获得更细小的珠光体，即索氏体化程度提高。例如，在硬线产品中，钒微合金化不仅提高了产品的强度和韧性，还可能部分或完全取消铅浴处理。在钢轨产品中，为了提高其使用寿命，开发了低速淬火工艺，即SQ(松弛淬火)工艺。实验表明，相同硬度下，珠光体比回火马氏体和贝氏体耐磨，珠光体片层间距越小，耐磨性越好。在钢轨中加入适量的钒会使其转变曲线右移，从而在实施SQ工艺时更容易实现组织的索氏体化。钒作为合金和微合金的添加剂，在钢中具有许多良好的功能。以上主要是关于钒在微合金钢或者微合金化中的作用。此外，钒在不同用途的不同类型的钢中有许多不同的特殊功能。例如，提高热处理钢的耐回火性；提高高速钢红硬性的作用:热强钢的抗蠕变性将得到提高；提高耐蚀钢耐蚀性的作用，抑制应变时效的作用等。3.2.1钒在高碳钢中的应用高碳钢采用钒微合金化，主要用于生产钢轨、轴承钢、工具钢、模具钢等。目前攀钢钒微合金化生产的钢种主要是铁路钢轨。【下一篇】重轨钢属于珠光体钢。珠光体间距和珠光体团尺寸控制钢轨的强度、韧性和塑性。抗拉强度和屈服强度随着片间距的减小而增加，而韧性与珠光体团的大小和渗碳体的厚度有关。微量钒在重轨钢中作用的研究结果表明，钒可以细化奥氏体晶粒、珠光体组织并改变其组织形态，产生沉淀强化作用，从而提高重轨的强度和使用寿命。攀钢生产的含钒钢轨为钒微合金化热轧钢轨、离线含钒热处理钢轨和在线含钒热处理钢轨。PD3含钒重轨是攀钢研发的新一代微合金化钢轨，强度σb高达980Mpa，比U71Mn长50%以上。全长淬火处理后，HRC 33.5 ~ 42.5的硬化层深度≥15mm，σb高达1275Mpa，δ5≥10%。经过多年的铁路运营实践，证明这种钢轨能最大限度地减少剥离、波浪磨耗、早期磨耗等缺陷。虽然省略了轨端淬火，但没有轨端压溃现象，具有良好的焊接性能。其综合性能达到国际先进水平，线路耐磨性比U71Mn高3倍。图11显示了攀钢历年含钒钢轨PD3的产量及其在国内钢轨市场中的比重。

[next][下一个]

在高速工具钢中，钒是不可缺少的合金元素，如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。中国工具钢的年产量约为4000吨。无论是冷作模具钢还是热作模具钢，大部分都含有钒，如Cr6WV、Cr4W2MoV等。钒的平均含量为0.47-0.68%。钢中加入钒不仅可以细化晶粒，提高韧性，增加硬度、热硬度和耐磨性，还可以降低开裂倾向。钒也用于轴承钢。60年代末，我国开发了MnV轴承钢，如GSiMnV、GSiMnMoV、GSiMnVRe、gsimnmvre、GMnMoV、GMnMoVRe等。，目前已经广泛使用。含钒钢的使用寿命和疲劳强度高于GCr15，达到瑞典SKF名牌球钢的水平。3.2.2钒在中碳钢中的应用不仅可以提高强度，还可以使钢具有更高的韧性。钒已广泛应用于中碳钢，如含钒非调质钢、中碳弹簧钢和含钒集装箱钢。近十年来，我国含钒非调质钢的开发和应用取得了很大进展。含钒非调质钢的研发也非常活跃。在汽车工业中，用F35MnVN代替40MnB调质钢做EQ6100发动机的连杆，用48MnV钢代替40Cr做康明斯发动机的曲轴，用12Mn2VB贝氏体钢做汽车前轴，效果良好。南汽将F35MnVN钢应用于万向节叉和套管叉，要求高，难度大。一汽还与鞍钢合作开发了非调质钢38MnVTi，可替代40Cr或40MnB制造汽车半轴等零部件。非调质无缝钢管的试制也很活跃。如成都无缝钢管厂开发了厚壁卡车扭力轴管和薄壁N80石油套管用含钒非调质钢。南汽试制了中碳微合金非调质无缝钢管，形成了各种强度和规格的热轧和冷轧系列产品。唐山钢铁股份有限公司开发了25mn si(Ti)高韧性、高塑性非调质矿用支护钢。其性能达到了德国32Mn3钢调质后的水平。用它代替20MnK制造29U可节约钢材29%。含钒非调质钢的应用正在向机床、石油机械、民用火器、塑料模具等领域扩展。【接下来】微合金化是非调质钢的技术核心。采用的微合金元素包括钒、铌、钛、硼等。其中V是主要的微合金化元素。在可统计的各国非调质钢中，化学成分有186个等级，其中含钒非调质钢有158个，占85%；含铌材料9种，占5%；钒铌复合合金有14种，占7.5%。此外，攀钢开发的20MnVB齿轮钢等优良钢，由于韧性好，在汽车工业中得到了广泛应用。高压氧气瓶钢:34Mn2V本产品用于冲压高压气瓶。要求强度高，加工性好，加工过程中不能产生裂纹。攀钢采用钒合金化生产34Mn2V氧气瓶钢，年产量1-2万吨。为克服原60Si2Mn弹簧钢淬透性差、脱碳倾向大的缺点，开发了55SiMnVB弹簧钢。适当降低碳含量，加入少量钒和微量硼，细化晶粒，提高强度、韧性和淬透性，使弹簧寿命提高5-10倍左右。3.2.3钒在低碳钢中的应用钒在钢中以V4C3和VN的形式存在，通常为细小颗粒，足以抑制钢中晶界的移动和晶粒长大。氮化钒和碳化钒的析出强化了钢。钒在低碳钢中的作用主要是细化晶粒，提高强度，降低韧脆转变温度，显著改善钢的焊接性。钒微合金化低合金高强度钢已广泛用于制造铁路车辆、高强度汽车结构、油气管道、含钒建筑用钢等。铁道车辆用钢在我国，含钒微合金钢已广泛应用于铁道车辆制造。攀钢生产的09V钢用于制造铁路车辆的主梁。其力学性能σs≥294Mpa，σb≥441Mpa，室温时ak ≥58.8J/cm2，-40℃时AK ≥ 35J/cm2，具有良好的焊接性能。从1992年到1998年，共生产了43万吨09V钢。汽车用含钒高强度热轧钢板高强度热轧钢板广泛应用于中、轻型卡车。主要用于制造汽车底盘和车厢的各种横梁零件，保险杠，发动机的悬梁，车轮的辐条和轮辋等。需要良好的强度和韧性、成形性和焊接性能。【下一步】攀钢采用钒微合金化，开发形成了抗拉强度从370Mpa到510Mpa的汽车大梁用系列钢板。该系列汽车大梁用钢板进一步改善了成形性，降低了韧脆转变温度，提高了使用安全性。该系列产品自1994年投放市场以来，以其良好的成型性和同板强度均匀性赢得了用户的青睐。至今已生产11万吨，如图12所示。

为了满足世界范围内能源开发和交通运输业日益增长的需求，含钒管线钢的应用范围不断扩大。传输管道的数量不断增加；管道的压力不断增加，在油气管道中，输气管道的数量迅速增加，对管线钢的性能要求也在不断提高。攀钢于1993年开始管线钢的工业试生产。现在已经开发了X42~X60，并开始了X65和X70的试制。攀钢管线钢以钒微合金化为主，其他多元合金化为辅，具有良好的强度、韧性和焊接性。截至目前，已生产15万吨，深受用户好评，如图13所示。[下一个]

建筑钢材在建筑钢筋中的应用特别值得指出。发达国家普遍使用400Mpa以上的高强度钢筋，而我国基本上还在使用低强度的20 mnsiⅱⅱ级钢筋。钒合金化是生产高强度钢筋的优良方法。国内许多厂家生产的攀钢和含钒钢筋已成功应用于小浪底工程、大亚湾核电站和国内许多城市的高层建筑。含钒钢筋成本低、强度高、抗应变性和时效性好、焊接性能好、高应变和低周疲劳性能高。中国建设部和冶金局为推广含钒钢筋做了大量工作。以今年的首钢大会为标志，中国每年使用的2000万吨建筑钢筋中将会使用越来越多的含钒钢筋。含钒钢在中国的应用前景非常广阔。【下一篇】攀钢自主研发的钒微合金化高强度造船钢板——含钒造船钢板AH36，因韧性好、冷脆转变温度低，近日通过英国劳氏船级社认证，获得攀钢造船国际通行证。综上所述，钒微合金钢在攀钢具有广阔的应用前景，攀钢将进一步开发生产市场所需的钒微合金钢，为钒产业的发展做出贡献。3.3攀钢含钒钢的研发攀钢在含钒新品种开发和钒在钢铁材料中的作用机理研究方面开展了大量工作。70年代末，攀钢低合金钢的比例不到1%。经过20年的努力，已经开发和转化了50多个低合金钢品种(包括19种微合金钢)。1999年，攀钢生产钢330万吨，其中低合金钢(含微合金钢)122万吨，低合金钢比例已达40%左右。开发了一系列钒微合金化的含钒高、中碳钢和低碳微合金钢。攀钢在开发试制含钒低合金钢和微合金钢的同时，还开展了大量含钒钢力学性能和使用性能的基础研究，完成了“攀钢钢轨在线热处理工艺基础研究”、“钢轨中残余钒对性能的影响”、“钒及VN合金在非调质钢中的应用”等课题。同时，在国际钒技术委员会的支持下，开展了“钒在1100Mpa级重轨钢中的应用”项目。通过这些课题的研究，明确了钒在改善钢的力学性能和应用性能方面的机理和规律，明确了不同钢种使用钒进行强化的最佳途径。攀钢已形成钒微合金化、热处理强化、复合强化的成熟专有技术，生产重轨、管线钢、汽车梁结构钢等。含钒钢的研究、开发和应用已成为攀钢技术创新的重要领域。钒在非钢领域的应用我国钒在非钢领域的应用并不大。从总消费量来看，钒的年消费量不到300吨，仅占总消费量的10%左右，是一个有待开发的潜在市场。基本情况如下。1)钒催化剂:一些化工企业生产的各种钒催化剂，如偏钒酸钠、偏钒酸铵、钒酸钠铵、三氯化钒等。V2O5的消耗量约为400吨/年。【下一篇】2)含钒有色合金及金属钒:钒钛等合金用于生产航空空合金材料(Ti6Al4V锭、棒、板)系列产品，年消耗钒约50吨。3)全钒氧化还原液流电池开发:近年来，国内一些单位对钒电池开发做了一些实验室研究工作，但离工业化应用还有很长的路要走。4)钒颜料:开发了钒酸铋黄色颜料和钒酸铋黄色颜料，目前处于试验应用阶段。这些颜料色调纯正，遮盖力、耐候性和耐热性高，可用于制备无毒黄色汽车漆或作为室外建筑涂料，应用前景广阔。5)氧化钒开发:预计国内高纯五氧化二钒年需求量约100吨。用于节能、环保和军事目的的四氧化二钒薄膜已在实验室制作完成，但在应用方面还需进一步开发。攀钢一直关注钒在非钢领域的应用，已涉足钒电池、氧化钒功能薄膜、航空空合金中钒的开发和应用。对钒电池、钒铝合金和氧化钒薄膜进行了研究和实验工作。钒市场的历史和现状:世界钒消费量从1991年的20，400吨/年增加到1997年的38，000吨/年和1998年的36，000吨/年，需求发展良好。主要需求来自钢铁产量的增加和钢铁技术进步导致的高强度低合金钢需求的增加。图14清楚地反映了这一事实。钒消费总量的增长与世界钢产量和钢中钒的消费强度一致。

[next][下一个]

近期来看，虽然得益于石油和天然气管道运输的增加，钒的需求有所增加，推动了管线钢的大幅增长，但钒的供应总体过剩，钒价仍在低位盘整，处于又一个历史低谷期，原因是钒产能相对较大，Windimurra等新项目不断投产。图15为历年世界V2O5价格变化，图16为近年钒铁价格走势。

钒市场前景及建议:以下原因将决定未来钒市场更好的发展。第一，其他材料，尤其是塑料、铝塑复合材料、陶瓷材料，将取代钢铁材料的功能，促使钢铁行业考虑钢铁的发展趋向于高强化和轻量化。因此，钒作为一种重要的微合金化元素，将有机会得到进一步发展，特别是在我国的建筑钢、管线钢、含钒重轨钢、汽车结构钢和非调质钢等方面。第二，钢铁材料仍将是占主导地位的结构材料，发展中国家的钢铁产品产量仍在上升。第三，钒对钢的强化作用的研究还在不断深入。比如根据英国MB的研究报告，比尔·斯塔斯科开发的含钒钴的新型工具钢CPM Rex 121等。，性能非凡，实现了最高耐磨性和红硬性的结合，比其他高速钢具有更好的红耐热性。CPM Rex 121具有很好的应用前景。[下一个]

第四，钒在非钢领域的应用，特别是钒电池、钒铝合金、氧化钒薄膜等。，引起了业界的广泛关注，市场潜力巨大。据英国Roskill公司估计，未来十年可提供1万吨V2O5/年空的市场。长期来看，钒的发展仍面临良好机遇。结论总结:1钒作为一种重要的金属，应用于特殊钢、低合金钢和微合金钢时，具有明显的技术经济优势。除了广泛应用于钢铁工业，钒在其他功能材料方面也有广阔的应用前景。中国的钒生产企业依靠自己的力量，从无到有，从小到大，使中国的钒产业得到了突飞猛进的发展。中国已成为世界产钒大国，攀钢已成为世界重要的产钒企业。中国技术人员在钒的研究、开发、制造和应用方面做了大量创新工作，取得了一系列重要成果。可以说，中国已经能够生产出世界上现有的任何钒产品。然而，虽然中国在钒的推广应用方面取得了很大的进步，但中国与发达国家还有很大的差距，第41号元素铌。换句话说，仍然有很大的潜力，我们仍然有很多工作要做，以开发中国潜在的钒市场。