介紹
合金鋼範疇區分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼幾個鋼種類別。從20世紀60年代起，出現了鋼的微合金化（Microalloyingofsteel），慢慢地認同了這個提法。微合金化是一個籠統的概念，通常指在原有主加合金元素的基礎上再添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或對力學性能有影響、或對耐蝕性、耐熱性起有利作用、添加量隨微合金化的鋼類及品種的不同而異，相對於主加合金元素是微量範圍的，如非調質結構鋼中一般加入量在0.02—0.06%，在耐熱鋼和不鏽鋼中加入量在0.5%左右，而在高溫合金中加入量高達1—3%。先有鋼的微合金化，那么微合金（化）鋼又如何定義呢？微合金化鋼首先限定在熱軋低碳和超低碳的圈子裡，此外還有幾個公認的基本屬性：
①添加的碳氮化物形成元素，在鋼的加熱和冷卻過程中通過溶解一析出行為對鋼的力學性能發揮作用。
②這些元素加入量很少，鋼的強化機制主要是細化晶粒和沉澱硬化。
③鋼的控軋控冷工藝對微合金化鋼有重要意義，也是微合金化鋼叫做新型低合金高強度的依據。鋼的微合金化和控軋控冷技術相輔相成，是微合金化鋼設計和生產的重要前提。
微合金化鋼是指化學成分規範上明確列入需加入一種或幾種碳氮化物形成元素，如GB/T1591—94中Q295—Q460的鋼，規定：
Nb0.015～0.06%
V0.02～0.15%（0.20）%
Ti0.02～0.20%
有時為了彌補生產廠在裝備和工藝技術方面的不完善，在冶煉時添加＜0.015%Nb或＜0.05%V，＜0.02%Ti的非合金鋼和低合金鋼，稱為微處理鋼，依加入碳氮化物形成元素種類，習慣上叫作微Nb處理、微Ti處理等等，交貨時不要求作該成分的檢驗。
微處理可有效地提高16Mn原規格鋼板、20MnSi大規格螺紋鋼筋的屈服強度約10—20Mpa，改善A、B級一般強度板和X42—X46級管線鋼的低溫韌性，還可使16Mnq、15MnVNq橋樑鋼板的時效敏感比降低或消除。據不完全統計，1998年我國微合金化鋼的產量為346萬噸，占年全低合金高強度鋼總產量55.1%。微處理鋼（主要是Nb處理和Ti處理，還包括稀土處理鋼在內）產量大致也在300萬噸左右。
近20年來，世界鋼鐵工業最富活力和創造性進展，莫過於低合金高強度鋼生產裝備和工藝技術前所未有的變革，幾乎使低合金高強度鋼的所有品種領域更新了一代，甚至兩代。微合金化鋼屬於低合金高強度鋼範疇，或者說是新型的低合金高強度鋼。
我國80年代以來的鋼材生產及近年的鋼材品種結構調整同樣表明了：
①低合金高強度鋼的新發展，藉助了鋼鐵生產工藝技術的一切進步和最新成就。
②低合金高強度鋼的產量大，使用面廣，適應了方方面面特殊性能要求，支持了各行各業產品的升級，增加了我國的機電產品和成套裝備生產的競爭力。
③微合金化帶動了我國富有合金資源的生產和綜合利用，微合金化鋼生產促進了鋼鐵企業結構調整和流程最佳化。
所以，形成了一個嶄新的觀點，發展微合金化鋼就是抓住了基礎原材料工業發展的關鍵，通過變資源優勢為產品優勢，是實現鋼鐵強國目標的重要一環。
我國微合金化鋼發展方向
首先看看市場對微合金鋼提出了什麼樣的要求，在“九五”期初根據對石油天然氣、鐵道、交通、船舶、建設、電力、煤炭、石化及機械製造等9個行業的需求的調查，17個主要鋼材品種2000年的需求量為2276萬噸，國內有能力提供約2000萬噸，各品種的市場占有率在50～100%，平均為88%，因此提出以產頂進，每年減少進口200萬噸的目標。從這一統計得知，主要微合金化鋼基本上靠自給，微合金化鋼根據市場需求，不斷開發、不斷進取，可以滿足日益增長的需求。
我國鋼鐵工業發展很快，我國已成國世界最大的鋼鐵生產國和最大的鋼材消費國，每年還進口大量鋼材，見表1。
表1歷年進口鋼材統計（萬噸）
進口鋼材中1999年棒材154萬噸，同上年比降低44.2%，板帶材1220萬噸，同上年比提高46.3%。在進口板帶材中，熱軋薄板（<3mm）280萬噸，冷軋薄帶460萬噸，塗鍍板223萬噸及不銹板109萬噸，占總量的72%，中板的進口僅40.9萬噸，主要是高強度船板、容器板和高層建築用鋼板。從這部分統計中可以看出，進口鋼材主要是非合金鋼的薄規格板帶，國產鋼材的質量有了很大改善，進口板帶對國產低合金鋼及微合金化鋼的自主發展的影響不大，這是十分有利的形勢。
今後發展方向：
①中低強度等級是工程結構用鋼的主體
在現行標準的非合金鋼7個品種，低合金鋼8個品種和合金鋼14個品種，合計29個品種的247個鋼材牌號中，型鋼、薄鋼板、中厚板、無縫管和線材的201個品種的838個鋼種牌號中，約有87.5%屬於中低強度範圍。再如近30年用於工程結構的低合金鋼專用鋼新開發的108個牌號中有74個抗拉強度等級等於600Mpa。
②發展通用性鋼材
鋼材品種的普遍要求是通用性。鋼材品種的多樣化，反映了不同用途對鋼材性能要求的差異，但鋼的化學成分、生產流程、供應與驗收又是大同小異的，通過製備過程對鋼板表面和內在質量的控制，以保證性能上各不相同的需求。我國16Mn鋼及其派生的16Mn專用鋼系列就是一個通用性的例子。再如近20年來開發的微合金鋼，用途不一，但採用的合金系列是相近的，見表2。
表2近年開發的微合金化鋼
③質量定位在經濟性上
鋼鐵業工藝技術的進步，尤其是冶煉條件的改善，可使鋼的潔淨度達到較高的水平，不論是傳統的聯合企業流程還是電爐的短流程，都可以有效控制雜質元素殘量，現代鋼的化學冶金水平控制見表3。
表3現代鋼的化學冶金水平控制
新一代微合金鋼的開發，追求高潔淨度，超細晶粒，高均勻性的材質目標，反映了一個新時代的科學技術水準，但焊接工程結構需求鋼材質量的主體，應定位在經濟檔次上。
發展微合金化鋼的資源優勢
在增強市場競爭力的方針指導下，大力開發低合金鋼及微合金化鋼，也就是要變我國的資源優勢為產品優勢。
①鈮（Nb）
1801年由英國人哈契特發現了Nb，1802年瑞典人愛克柏格發現了Ta，在64年後的1865年證明了Nb和Ta是兩種性質相似的元素，又經常伴生於一體。Nb是一種銀白色金屬，原子序數41，相對原子量92.9，體心立方晶體結構，熔點2468℃，熔化熱27.2KJ/mol。
據1995年統計在《礦產品概要》中的世界Nb資源，儲量為1150萬噸，另外已知礦床中含有1980萬噸。巴西是儲量最多的國家，占世界總儲量的94%，加拿大儲量為4%，其他國家有托伊爾和奈及利亞。燒綠石是Nb的重要工業礦物，其次是鐵礦和含Nb的砂礦。阿拉沙是巴西礦冶公司（CBMM）主要礦區，具有150年歷史，1999年的報導稱按目前世界年消費24000噸Nb2O5的水平，CBMM的礦區可供全世界使用500年，鋼鐵業是Nb資源的最大消費者，北美西歐和日本主要用於熱軋冷軋低合金高強度鋼，大口徑鋼管、不鏽鋼的生產，約占冶金產品的65—75%。
1996年北美消費Nb-Fe7675噸，西歐消費8405噸，日本消費4700噸，消費強度分別為62、51、48gNb-Fe/每噸粗鋼。
我國1981年已查明的Nb資源以Nb2O5計算為163萬噸，主要集中在內蒙的白雲鄂博和都拉哈拉，工業儲量僅5萬呢，還有兩個不利的特點：鈮礦石品位偏低、共生礦物複雜。我國Nb-Fe年生產能力僅40—60噸。其他Nb製品合計也只在50噸左右。在鋼鐵業的消費主要靠進口，1999年總消費Nb-Fe750噸，消費強度為66%gNb-Fe6.5克/每噸粗鋼，按目前低合金鋼及微合金化鋼發展的趨勢2000年、2005年和2010年我國Nb-Fe消費量分別約為1105噸、2850和4156噸，消費強度將增長到9.2、22、30gNb-Fe/每噸粗鋼。
②釩（V）
1801年由西班牙人礦物學家裡奧（A，H，delRio）發現，元素符號V，銀白色金屬，在元素周期表中屬VB族，原子序數23，原子量50.9414，為體心主方晶體結構，熔點為1902℃。常與Nb、Ta、W、Mo及Ti等並稱為難熔金屬。
V廣泛分布於地殼中，已知含V礦物超過65種，儲量在1578萬噸。世界V資源主要來源是綠硫釩礦、鉀釩鈾礦和釩雲母，世界主要產釩國是南非和俄羅斯，控制了世界上的釩市場。
中國是世界第三大產釩國，1940年由當時的北洋大學劉際年發現了攀枝花大型鐵礦石，礦石含有Fe、V、Ti外，還含有Ni、Cr、Co、Cu、Mo等多種元素，為V-Ti鐵磁礦，釩的儲量非常豐富，目前已探明的V-Ti磁鐵礦近100億噸，約占全國各類鐵礦總儲量1/5，占世界V-Ti磁鐵礦儲量的1/4。含V2O52000萬噸，占釩儲量58%。1998年攀鋼的鐵水提釩率達82.39%，生產釩渣12萬餘噸，V2O52082噸，V2O3412噸，高釩鐵1628.75噸。
③鈦（Ti）
1791年英國格雷戈爾（W·Gregor）在研究某種鐵礦時發現其中含有一種新的金屬元素，1795年奧地利克拉普羅特（M·H·Klaproth）在研究紅寶石時也發現了這種元素，以希臘神話人物Titan命名。地殼中分布極廣，金屬儲量居第9位，含Ti大於1%的礦物有80餘種，鈦鐵礦儲量豐富，是鈦工業的主要原料，岩礦主要產於中國，加拿大和美國，砂礦主要產於澳大利亞，南非和印度。
Ti也是銀白色金屬，元素周期表中屬ⅣB族，原子序數22，原子量47.9，a-Ti為密排六方晶體，Ti的熔點1667℃。
我國的岩礦主要分布於四川攀枝花地區，V-Ti磁鐵礦中含TiO2約87000萬噸，占全國儲量90.53%，占世界儲量的35.17%。砂礦主要在海南、廣東、廣西和福建的海濱。
鈮、釩、鈦微合金化元素的特性
鋼的焊接性、成型性和斷裂韌性要求鋼中有較少的非金屬夾雜物，控制低氧含量和低硫含量是生產高質量低合金鋼的必要條件。為此，首先是鋁，有效地脫氧和形成AlN對細化晶粒起作用，已被利用達半個多世紀。Ca和稀土也被廣泛套用，對硫化物形態控制十分有效。但真正意義的碳氮化物形成元素，則是Nb、V、Ti。
Nb、V、Ti與Er、Hf、Ta、Cr、Mo、W等元素均為難熔金屬，分屬於元素周期表的ⅣB、ⅤB和ⅥB族，均具有形成氮化物和碳化物的能力。Nb、V、Ti與Fe原子的半徑差很小，且氮化物和碳化物面心立方結構和鋼的面心立方、體心立方基體有共格性，在一定的條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較
Ti的氮化物是在鋼水凝固階段形成的，實際上不溶於奧氐體，因此能在鋼的熱加工加熱過程和焊接時的焊縫中控制晶粒尺寸，另外由於形成TiN，可以消除鋼中自由氮，對抗時效有好處。V的氮化物和碳化物在奧氐體內幾乎完全溶解，對控制奧氐體晶粒不起作用。V的化合物僅在g/a相變過程中或相變之後析出，析出物非常細小，有十分顯著的析出強化效果。Ti的碳化物和Nb氮化物、碳化物可在高溫奧氐體區內溶解，又在低溫奧氐體區內析出。Nb、Vi、Ti對奧氐體晶界的釘扎作用使相變後鐵素體晶粒得到細化，可以用溶解度積［%M］·［%C·N］表征氮化物或碳化物在不同溫度下的可能性大小，如表4。
表4典型溫度下氮化物，碳化物固溶度積
②對形變再結晶影響的比較
固溶的溶質原子對擴散控制的反應或相變有拖曳作用，從而使再結晶過程推向較高的溫度，而碳氮化物的析出既促進相變的生核，又阻滯二次晶粒的長大。從這個角度上衡量，含Nb、Ti的微合金化鋼再結晶溫度較高，具有較細的奧氐體晶粒。V微合金化鋼再結晶溫度較低，V—Ti複合又可充分發揮對多次再結晶新晶界的阻滯作用。
③對析出強化效果的比較
析出強化的強度增量取決於析出物數量和粒子尺寸，也取決於共格質點的鐵原子之間晶格常數的差別。在～0.14%C的碳含量範圍內，析出強度產生的屈服強度增量Nb＞Ti＞V。和V相比，要達到相同的彌散強化效果，用1/2的Nb就可以。強化效果又受到在奧氐體中形成析出物傾向的制約，形變促進這種傾向，所以NbC具有的強化效果只是在較低碳含量的鋼之中。
微合金化鋼冶煉
在這裡我們只介紹微合金化鋼冶煉時一般特點，各種專用鋼冶煉的特殊性在相應鋼的生產技術部分中將一一說明。
首先我們交代幾個基本點：
微合金化鋼是一種特殊質量的鋼，要求嚴格控制雜質元素含量，降低非金屬夾雜物數量，調整硫化物的形態和分布。
微合金化鋼冶煉類同於低碳鋼，所不同的是更要注意鋼的脫氧和脫硫，研究合金料的加入順序，以提高收得率。
微合金化鋼的精煉工序是不可缺少的，根據不同的成分規範和鋼材品種，選用合適的精煉條件的組合，尤要防止鋼水二次氧化和連鑄過程產生各種缺陷。
根據國內外微合金化鋼生產的實踐，合金化的一些問題要加以注意：
①Nb微合金化鋼
採用普通級Nb鐵冶煉Nb微合金化鋼
Nb鐵的熔點在1580—1630℃，但Nb鐵在鋼水中不是熔化過程，而是溶解過程，1600℃時的溶解速度大致為20mg/Cm2·秒，所以要根據煉鋼爐型和鋼包公稱容量選擇Nb鐵的塊度，例如：
＞300t大型鋼包Nb-Fe塊度20—80mm
最常用鋼包Nb-Fe塊度5—50mm
＜50t小型鋼包Nb-Fe塊度5—30mm
結晶器添加Nb-Fe塊度2—8mm
包裝線餵絲Nb-Fe塊度＜2mm
Nb對氧的親和力要比V、Ti、Mn低，加入鎮靜鋼中的收得率高達95%以上，
在鋼包精煉期加入Nb鐵是普遍採用的工藝，Nb鐵常在Si、Al和Mn鐵之後加入。
鋼包吹氬有利於Nb在鋼水中的均勻分布，尤其是對於Nb含量較低的鋼。
在現代化的冶煉條件下，能達到Nb的標準偏差小於0.0015%。
根據國內研究結果，Nb的合金化也可以採用加入Nb渣的方法或在長槍中噴射Nb精礦的方式。
②V微合金化鋼
V對氧的親合力比Nb強，所以要充分預脫氧，並且要確保在Si、Al加入之後添加。
由於V在鋼中的溶解度高於Nb和Ti，尤其是在較高的C和N含量的鋼中，但即使在鐵素體中，V的析出也僅在40—50%。
為了發揮V在鋼中的析出強化作用，使鋼中V和N的化學比接近3.6，以V—N合金的形式進行V微合金化，採用Nitrovan12合金，每加0.01%V可以帶入離子態0.001%N。增加鋼中氮含量，在相同的析出強化效果下，可以節約合金元素V20～33%。
③Ti微合金化鋼
Ti在鋼中與O、N的親合力遠比Nb、V強，Ti在鋼中一般以Ti、TiN、TiS、Ti4C2S2及TiC的化合物形式存在，在60年代以前，普遍認為含Ti的鋼是不潔淨的，含有大量的O、N、S的夾雜物。只是在精煉技術用於生產之後，Ti微合金化鋼得到了肯定。
Ti微金合化趨向於低Ti（0.02—0.03%）或微Ti（＜0.015%），還必須選擇適宜的連鑄保護渣，以防止結瘤和改善連鑄坯表面質量。
微合金化鋼精煉特點
由轉爐或電弧爐冶煉的鋼水再在鋼包中進行以調溫、脫氣、去夾雜、變性處理、成分微調及均勻化為目的第二次冶煉，稱為精煉，或叫二次冶金。隨著鋼鐵生產裝備的科技進步，提供了生產潔淨鋼的可能性，也使我國微合金化鋼生產真正意義上擺脫了“普通”低合金鋼的觀念束縛。
降低鋼中夾雜物含量，減少有害元素的含量，有利於鋼的性能潛力的挖掘。潔淨鋼在理論上是存在的，實際上是有限度的，也就是說，滿足鋼材品種的性能要求，可以生產又用得起。所以說“超潔淨鋼”的提法只存在導向上的意義。1992年時曾有人預測在世紀末，鋼中C、P、S、N、O、H各元素的純度可達到±0.2ppm，但實際上2000年的潔淨鋼的極限水平：
CPSNOH(ppm)
510102050.5
∑(C、P、S、N、O、H)＜50ppm
對於不同用途的鋼材品種，應當針對性選擇有效的精煉製度，例如深沖鋼，選用強脫碳的工藝；鋼中的P、S從實際鋼材的安全使用，≤0.03%也可以滿足，但精煉水平可輕易使P、S降到100ppm以下，市場競爭則迫使生產＜10pp的P、S的鋼；再如耐蝕鋼要求較高P含量、易切鋼還需補充添加S含量。鋼坯的表面缺陷不僅影響成材表面質量，在使用中可能作為裂紋源引發材料的失效；內部夾雜不只是影響鋼的延展性和韌性，影響力學性能的各自異性。在外力作用下，夾雜周圍是微空洞有可能合併、長大、以至斷裂。所以，鋼水的潔淨化、夾雜物的形態控制，偏析控制的最最佳化、以及微合金化和成分微調，都是精煉工序的任務。
為了實現無缺陷、改善加工性能，提高鋼的質量，控制某些工藝因素，達到潔淨的目的，某些用途的鋼材品種對有害元素的控制見表5。
表5滿足優質管線鋼質量要求的鋼中有害元素含量
目前主要存在兩條爐外精煉的技術路線，
①高爐—鐵水預處理—轉爐—精煉—連鑄
②海綿鐵或預熱廢鋼—超高功率電爐—精煉—連鑄
這兩種流程在前期由於爐料的不同而有很大區別，而在精煉階段都是要脫氧、脫硫、脫氣、去夾雜及夾雜變性處理。
某些高質量微合金化鋼通過某些裝備的組合，可以生產出某目標的鋼，見表6。
表6高質量鋼的生產工藝
防止微合金化鋼的連鑄裂紋
①影響連鑄坯表面質量的因素
連鑄可以實現高產量和高收得率，微合金化鋼幾乎全部採用連鑄生產。連鑄不同於模鑄，不僅冶煉工藝因素影響鑄坯表面質量，連鑄期間鑄坯表面極易產生種種缺陷，如角裂、星形裂紋、橫向裂紋、縱向裂紋以及結疤、氣泡等等。影響因素主要是化學成分、過熱度、保護渣、拉速和二次冷卻、矯直溫度，見表7。
表7影響表面裂紋的因素
②塑性低谷區是裂紋的根源
大力開發和生產微合金化鋼，最大的技術障礙是連鑄裂紋傾向，以表面橫裂紋為主。原因已弄清，塑性低谷區是裂紋的根源。連鑄操作的可靠性、適宜的澆鑄速度和澆鑄溫度、矯直位置、二冷制度可以使鋼在低塑性區不產生表面裂紋，通常使矯直時的表面溫度在塑性低谷區之外。
③防止微合金化鋼連鑄裂紋技術措施
鋼的微合金化可以使低塑區上移或下移，主要原因是AlN、Nb（CN）在奧氐體晶界的析出，增大鋼的脆性，裂紋與振痕一致，增加了產生橫裂紋的危險性。也有許多研究指出，包晶反應區後的組織應力、Nb（CN）在鐵素體基體上的沉澱、以及雜質在晶界的富集也促進裂紋的形成。國外的經驗還表明，裂紋的形成率與鋼中［%Al］·［%N］乘積有密切關係，對於電爐鋼和轉爐鋼的防止鑄坯表面裂紋形成的酸溶鋁極限列於表8。在Nb鋼中添加V或Ti，可以降低低塑性區的開始溫度，尤其是Nb—Ti複合微合金化鋼幾乎無裂紋敏感性。
表8鑄坯無裂紋的Al酸溶含量極限（%）
微合金化鋼不宜採取常規軋制
近20多年的冶金科技進步表明，常規軋制並不能使含Nb、V、Ti的低合金鋼獲得滿意的綜合性能，而鋼的微合金化與控制軋制技術的結合，形成了一代新型的微合金化鋼。
常規軋制的形變過程，僅以達到規定的尺寸精度為目的，而控制軋制工藝側重點在實現細晶化和組織控制，微合金元素的加入的目的在於：
①細化組織
②影響相變
③沉澱強化
④改變夾雜物性質
⑤熱軋狀態達到熱處理性能水平
所以，調整軋制參數，最佳化工藝流程，逐漸建立了控制軋制的理論基礎，在60年代末至90年代中期這段時間內，各國創立和開發許多控軋方式，如二階段控軋。兩相區控軋、SHT軋制，控軋+控冷、控軋+直接淬火、等等。研究了加熱溫度、軋制溫度和變形量、中間傳擱期，道次間隙時間，終軋溫度、冷卻速度、卷取溫度對鋼的組織和性能的影響規律，提出了形變再結晶、應變誘導相變和析出、鐵素體軋制等鋼的強韌化機制、最後使控制軋制向形變熱處理靠攏，形成了熱機械處理的工藝（TMCP）。
新的發展是微合金化與TMCP的融合，產生了微合金化鋼合金設計的新概念，基本上把控軋分為兩大類型：
①再結晶控軋（RCR）
②正常化控軋（CCR）
成為高性能鋼生產的依據。
微合金鋼再結晶控軋
1995年微合金化國際會議提出了微合金化鋼合金設計的新概念，其核心是奧氐體晶粒的調節，由細小奧氐體轉變得到細小的鐵素體晶粒，要求高的鐵素體形核速率和低的晶粒長大傾向。
再結晶控軋是指在奧氐體再結晶區完成鋼的軋制過程，再結晶控軋的溫度範圍大體上正是常規軋制的溫度範圍，每道次的壓下量也在常規道次壓下量的上限附近，無需很大地變動軋鋼裝備和軋制工藝，就能顯著地再結晶細化，因為這種工藝適合我國多數軋鋼廠的現狀，值得推廣採用。
但同常現軋制還是有許多不同：
①必須對軋制過程實行全面的控制
②均熱溫度不能太高，以避免奧氐體晶粒顯著長大
③有一個較大的再結晶溫度區間
④動態再結晶細化效果隨溫度下降而增大
⑤保證產生再結晶的道次變形量
實際再結晶控軋微合金化鋼的成分要求：
①由於微小的第二相析出質點強烈阻止再結晶，所以再結晶控軋鋼中不能含有在再結晶溫度範圍內顯著脫熔的合金成分，排除Nb（C、N）、TiC、AlN的可能性，也不能形成VN。
②固溶狀態的溶質原子也會阻止再結晶，所以避免採用Nb、Mo、Ti等元素。
③TiN是高溫相當穩定的第二相，抑制液相形成奧氐體的長大。只有適量的Ti（0.01～0.02%）才能形成細小的TiN，又能有效阻止晶粒粗化。
④氮含量以形成TiN為限，超過理想化學比，可能增大VN的應變誘導析出傾向，又會縮小鋼的再結晶軋制視窗。
因此，目前廣泛採用的再結晶控軋鋼主要是Ti處理的V—N鋼。
微合金化鋼正常化控軋
正常化控軋，又叫做正火區控軋。
這類控軋要點：
①根據鋼中微合金元素及C、N的含量、按固溶度積公式計算出全固溶溫度，軋制的均熱溫度應略高於全固溶溫度。
②鋼的控軋又區分為兩種情況，一種有粗軋段，要保證不出現混晶，切忌粗軋在部分再結晶區進行，並在非結晶區留下足夠的變形量，以快速冷卻進入正常化控軋。另一種是單相奧氐體在非再結晶溫度下軋制，形變晶粒細化效果將取決於晶粒碎化程度，終軋溫度應高於Ar3。兩相區軋制既受到軋機負載能力的限制，而且兩相區變形雖有助於強度的提高，但也有損於鋼的韌性。
正常化控軋鋼的合金設計，主要應滿足阻止奧氐體再結晶，使鋼的再結晶溫度區的下限溫度儘量提高，以形成足夠的非再結晶區控軋的空間，最基本的添加擴大奧氐體區的合金元素Mn和形成有效阻止晶粒長大的元素Ti和N。從表9所見，Nb對提高再結晶溫度最有效，V的作用很微小。作為第二相質點AlN，能產生顯著的質點釘扎作用，卻不能產生有效的溶質拖曳作用，總的結果對阻止再結晶作用並不很大。所以，正常化控軋微合金化鋼設計的思路是在低碳、錳鋼基礎上，Nb+Ti微合金化，根據強度級別的要求添加少量的Mo、B。
表9某些低碳鋼的100秒無再結晶溫度
微合金化鋼薄板坯連鑄連軋的優勢
比較生產熱軋薄規格板帶的常規軋制、薄板坯連鑄連軋和帶鋼連鑄三種方式，唯有薄板坯連鑄連軋流程可以取得投資少，建廠周期短，高效率和低成本的好處，見表10。而且適用於生產包括油氣輸送管線鋼、滾型車輪用鋼、深沖冷軋板原帶在內的10多個品種。
表10連鑄、薄板坯連鑄、帶鋼連鑄的比較如下
當前市場需抓的熱軋板帶的品種
1.通用建築焊管用鋼厚度d＜6.0mm
2.中低壓鍋爐焊管用鋼＜6.0
3.油氣集輸管線用鋼＜6.0
4.輕型汽車、農用車用大梁鋼板＜4.5
5.滾型車輪（輪幅、輪輞）用鋼板＜5.0
6.深沖冷軋板原帶＜2.0
7.輕工家電用鋼0.5～1.5
8.貨櫃用鋼0.8～1.6
9.車輛用薄規格板0.8～2.0
10.搪瓷產品用板1.0～1.5
11.一般強度造船板（上層建築）＜2.5
12.小型水面艦艇用高強度板2.5～5.0
13.潛艇用非耐壓殼鋼板2.5～6.0
14.非調質薄裝甲板3.0～6.0
每個品種的用途都有相應的技術要求，因而有不同的冶金質量要求，不同生產流程和工藝特點，薄板坯連鑄連軋產品的適用範圍見表11。
表11產品的適用範圍
微合金化鋼的鐵素體區軋制
熱機械處理是實現鋼的細晶化的有效方式之一，幾十年的技術開發對熱加工四階段的劃分和作用已取得共識，再結晶區形變、非再結晶區軋制、兩相區軋制及軋後冷卻都可使鋼有效地細晶化。
近幾年提出鐵素體軋制的工藝技術，包含著一些問題的思考：
①較低溫度下軋制對進一步強化是有效的，但同時也帶來一些弊端，如較大的變形抗力。組織上的混晶結構，提高韌一脆轉變溫度、性能的各向異性以及稱之為分離（Sapration）的出現等。
②熱機械處理可以使低碳鋼得到3—5mm的晶粒尺寸，如果要繼續細化，則常通過增加變形道次。薄板坯連鑄連軋解決了生產高效率，但要突破壓下比的障凝，唯有向中厚度鑄坯發展。
③市場對熱軋超薄規格板帶的需求十分迫切，如果能生產出0.8～1.2mm的熱軋帶，將產生極大的經濟效益。至少可以為冷軋提供較薄的原帶。
④提供了以熱軋板替代冷軋板使用的可能性。鐵素體軋制工藝的實踐表現了這些考慮的正確性，在全世界得到推廣套用。工藝上有幾個特徵：
首先這種軋制工藝適用於低碳鋼和超低碳鋼，工藝的順利實施要求（Ar3—Ar1）的窄溫差，易於從非再結晶區軋制跨越到鐵素體區軋制。
其次，利用了鐵素體形變再結晶的軋制實現進一步的細晶化。
第三，這類鋼的鐵素體軋制溫度區一般在900℃左右，不會造成軋制力的超載及低溫軋制的一些材質上的缺陷。
微合金化鋼，尤其是IF鋼一類的產品，碳含量僅20ppm，Nb和Ti可以固定鋼中的間隙原子，形成了TiN、Nb（C、N）既可以富化γ→α生核，α—再結晶細化，又有沉澱強化的作用。高強衝壓用鋼、冷鍍熱軋薄板及氣瓶用鋼板等都可採用鐵素體軋制工藝。
固溶強化不是微合金鋼主要強化手段
微合金化鋼的基本概念和產品定位已十分明確，加入微合金元素的鋼，只有能形成碳、氮化物、並通過細化組織和沉澱強化對力學性能有顯著影響的低碳鋼。固溶強化並不作為微合金化鋼的主要強化手段，
①固溶強化
低碳鋼在常溫狀態屬於體心立方晶格結構的材料，較小原子半徑的元素如C、N，通常以間隙的形式固溶在鐵的晶格之中，多數合金元素的原子如Nb、V、Ti、Mo、Al等等都置換晶格某個鐵原子的位置的形式。固溶造成晶格的畸變，使鋼的屈服強度提高。
②固溶強化受固溶度的限制
溶質原子並不能無限地固溶入鐵的晶格，這個限度稱為固溶度，在近平衡的狀態下，如熱軋或正火、回火的鋼中，α-Fe中固溶C、N很少，不隨有強化作用。
③固溶強化是可以估算的。
置換式固溶強化效果遠低於間隙式固溶，置換固溶強化效果大的元素又對韌性的危害也較大，所以一般微合金化鋼中並不有意地採用置換固溶強化方式。
各合金元素：固溶強化效果通常用公式來計算，如：
σy=∑KMI·［%Mi］=4570［C］+3750［Mn］+83［Si］+470［P］+38［Cu］+10［Mo］+80.5［Ti］+113［Sn］+30［Cr］
(注)：式中各元素為固溶態的重量百分數。
微合金鋼晶粒細化的強韌化機制
低碳鋼在常規熱軋狀態，鐵素體晶粒尺寸在14—20μm，屈服強度的增量約在131—148Mpa，正火狀態鐵素體晶粒尺寸為8—14μm，屈服強度增量提高到240Mpa，控軋控冷後的鐵素體晶粒尺寸可達到2—5μm，對強度的貢獻為350Mpa，如果鐵素體晶粒實現了1μm目標，鋼的屈服強度增量有可能達435Mpa，由此可見晶粒細化與鋼的強化的關係，屈服強度的增值用下式表達：
△σy=Ky·d-1/2
式中
Ky為晶粒細化強化係數，
d為鐵素體晶粒尺寸。
晶粒細化對強度有貢獻，亞晶和胞壁結構對強度也有作用、有人認為，尺寸在0.4μm以下胞壁結構的強化是主要的。0.4mm以上則是晶界和亞晶界對強化起主導作用。
這裡還有一些問題需說明：
①晶粒細化強化的本質是晶粒間界的位錯塞積，凡是影響晶粒間界的因素，自然也影響晶粒細化的強化效果。
②晶粒細化可以指鐵素體，也可以指珠光體，奧氐體、馬氐體等。晶粒尺寸是個廣義的名稱。
③在所有強韌化機制中，僅有晶粒細化既提高強度，又能改善韌性，所以它是鋼中最重要的強化方式。
④到目前為止，韌化理論的發展滯後於強化理論，這與韌性指標的不確定性和韌化原理的複雜性有關。
微合金鋼析出強化的機制
微合金元素在鋼中能形成碳化物、氮化物或複合的碳氮化物，微合金化鋼的特點之一就是利用碳、氮化物的溶解一析出行為。微合金化鋼的析出強化指在鋼的基體內分布的碳、氮化物，還有金屬間化合物、亞穩中間相等第二相質點的析出在間界、運動位錯之間產生的相互作用，導致鋼的流變應力和屈服強度的提高。
第二相質點有兩種強化
①奧洛旺機制（Orowan），因為位錯不進入質點，也叫做繞越機制。
②切過機制，位錯穿越質點，造成共格應變、以及對層錯、有序化以及彈性模量的種種影響。
但析出能產生強化作用還是有條件的，最重要是析出物顆粒的尺寸和析出物的體積分數。析出物越細小，析出物析出數量越多，強化效果越大。在Nb、V、Ti三種微合金元素中，Nb、V和Ti的微細析出相才能起這種作用，所以鋼的熱機械處理（或控軋控冷）要力圖實現細小的析出，然而0.003～0.1mm顆粒度的析出都能產生一定的效果。
研究工作的新進展認為，鋼的強化（還有韌化）起主導作用的是微合金元素的析出，晶粒細化作用是第二位的，從屬的。
微合金化鋼的相變強化
微合金化鋼多數是屈服強度在490Mpa以下，由熱機械處理後使用的低碳鋼。在這個前提下，簡要介紹什麼是相變強化。
我們知道，鋼的性能取決於鋼的組織結構（或稱為鋼的組織及微觀精細結構），而組織結構的主導是由相變決定的。最簡單的例子是低碳鋼在軋後隨冷卻條件的變化，有鐵素體+珠光體、鐵素體+貝氐體、馬氐體等幾種結構。鋼的力學性能也隨之有很大的變化，從而可以生產出不同強度等級的鋼材品種，用於各種不同的用途。這種情況就歸屬於相變強化。
相變強度有什麼特徵
①鋼的化學成分決定要有結構變化的原相（母相），這是前提。
②發生相變有一個形核和長大的過程，例如隨冷卻條件的變化，相變有擴散與無擴散之別，在較高溫度下的相變過程由擴散控制，低溫下的相變為切變控制機制。
③應變和冷卻是兩個重要的驅動條件，在外力的作用下，如熱加工或冷變形；在冷卻或在加熱的情況下，狀態失去了平衡，由高能量狀態向低能量狀態轉變。
微合金化鋼合金設計的主線是添加的Nb、V、Ti及鋼中的C、N等元素的調整，微合金化鋼的生產工藝是導演這些元素的行為來表現鋼的特性，所以微合金元素及其析出受擴散控制，從而它們影響新相的形核和長大過程。也由於微合金元素對鋼的再結晶溫度，相變點的影響，並籍助於不同的軋制規範，例如微合金化的管線鋼，就有鐵素體—珠光體、少珠光體、無珠光體、針狀鐵素體、超低碳貝氐體等幾種組織結構，從而可獲得X52—X70不同強度級別的材料。
