釩是由瑞典科學(xué)家塞夫斯托姆（N.G.Sefstrom）博士在1830年發(fā)現(xiàn)的。他在從事由Taberg礦石的鐵礦中提煉球墨鑄鐵的研究時(shí)，獲得了一種殘留物，其中含有一種以前從未發(fā)現(xiàn)過的元素——釩。因?yàn)殁C的化合物的顏色五顏六色，十分漂亮，所以就用古希臘神話中美麗女神“凡娜迪絲”（Vanadis）的名字給這種新元素起名叫“Vanadium”。中文按其譯音定名為釩。塞夫斯托姆的導(dǎo)師，著名的瑞典化學(xué)家貝采里烏斯斯托姆（J.J.Berzelius）對(duì)塞夫斯托姆發(fā)現(xiàn)的這種新元素產(chǎn)生了濃厚的興趣。他在國際上宣布了塞夫斯托姆的發(fā)現(xiàn)并就釩鹽開展了大量研究工作。

古希臘神話中美麗女神“凡娜迪絲”與釩的化合物

        然而，塞夫斯托姆和貝采里烏斯的工作只限于大量釩化合物的化學(xué)特性研究。直到30年之后，才由英國化學(xué)家羅斯科（H.Roscoe）用氫氣還原氯化釩才第一次制得了金屬釩。

        基于塞夫斯托姆、貝采里烏斯和羅斯科的研究，釩早期是作為一種化學(xué)化合物來應(yīng)用的。早期的應(yīng)用實(shí)例如，墨水黑色劑和織物固苯胺黑色染料。到1900年，德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釩鹽可以作為很多化學(xué)反應(yīng)的催化劑，這一發(fā)現(xiàn)使釩作為一種化學(xué)試劑得到了重要應(yīng)用。

脫硝催化劑

        釩在鋼中最初的應(yīng)用是在19世紀(jì)末基于英國謝菲爾德大學(xué)阿諾德（Arnold）教授的研究工作。為了促使釩能夠作為合金化元素在鋼中應(yīng)用，阿諾德教授在1889年開始研究釩在各種鋼中的合金化作用。阿諾德等人在謝菲爾德大學(xué)的研究工作奠定了釩在整個(gè)工、模具鋼領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)。由于釩碳化物的高硬度以及其高溫穩(wěn)定性，釩在高速鋼、冷作和熱作模具鋼中獲得廣泛應(yīng)用。

謝菲爾德大學(xué)

        釩在工程用鋼中的作用也早已得到證實(shí)。20世紀(jì)初，英國和法國的研究表明，釩合金化能使碳鋼的強(qiáng)度大幅提高，尤其是在淬火加回火的工藝條件下，性能改善更為明顯。在美國，一次偶然事件促使了釩在汽車用鋼中的應(yīng)用。亨利·福特一世在觀看一次賽車比賽時(shí)，一輛法國轎車被撞毀，在檢驗(yàn)汽車殘骸時(shí)他發(fā)現(xiàn)一根由瑞典生產(chǎn)的曲軸的破損度比預(yù)想的要小得多。

        經(jīng)過試驗(yàn)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該鋼中含有釩。于是福特采用釩合金化鋼制作福特車的關(guān)鍵部件，以便更好地抵抗路面的振動(dòng)與疲勞。他曾經(jīng)說過一句名言：“如果沒有釩，就不會(huì)有汽車。”由于極少量的釩就能使鋼獲得優(yōu)良的性能，當(dāng)時(shí)人們對(duì)釩在鋼中的作用就有一個(gè)很形象的評(píng)價(jià) —— 釩是鋼中的維生素。

        釩合金鋼的其他一些重要應(yīng)用，主要集中在20世紀(jì)70年代前發(fā)展起來的高溫電站用鋼、鋼軌鋼以及鑄鐵等。釩能夠提高鋼的高溫蠕變抗力，在Cr-Mo-V高溫電站用鋼中廣泛應(yīng)用。

        高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）領(lǐng)域是釩的應(yīng)用中意義最大的、也是目前用量最大的領(lǐng)域。這類鋼也稱為“微合金化鋼”。

        微合金化鋼和相應(yīng)的控軋工藝的發(fā)展始于20世紀(jì)50年代后期。第二次世界大戰(zhàn)后焊接結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，由于碳對(duì)焊接結(jié)構(gòu)韌性及焊接性的不利影響，通過增碳提高強(qiáng)度的含釩鋼的發(fā)展傳統(tǒng)手段受到了限制。此時(shí)，人們研究發(fā)現(xiàn)晶粒細(xì)化可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性，這種新觀點(diǎn)強(qiáng)烈刺激著熱軋新工藝和新鋼種的開發(fā)。同時(shí)人們認(rèn)識(shí)到，微合金化元素的析出強(qiáng)化可以有效彌補(bǔ)降低碳含量造成的強(qiáng)度損失，從而改善焊接性。

        20世紀(jì)六七十年代，一種熱軋的低碳釩微合金鋼（0.15％~0.20％Ｃ、0.10％~0.15％Ｖ）替代傳統(tǒng)的正火熱處理鋼獲得了廣泛應(yīng)用。60年代初期，美國伯利恒鋼鐵公司在Ｃ-Ｍｎ鋼基礎(chǔ)上開發(fā)了系列Ｖ-Ｎ鋼，其Ｃ、Ｍｎ含量上限分別為0.22％和1.25％，屈服強(qiáng)度達(dá)320~460MPa，以熱軋態(tài)供貨使用，規(guī)格包括了板、帶和型鋼的所有產(chǎn)品。1975年左右Jone&Laughlin公司開發(fā)出最早的高強(qiáng)度釩微合金化熱軋帶鋼（VAN80鋼），該鋼首次采用在線控制加速冷卻工藝生產(chǎn)，通過利用微合金元素的析出增加了晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化作用，其屈服強(qiáng)度達(dá)到560MPa。

美國伯利恒鋼鐵公司

        20世紀(jì)80年代，伴隨著控軋控冷工藝技術(shù)的發(fā)展，采用Ti-V微合金化設(shè)計(jì)，開發(fā)了一種新的控軋工藝路線，稱為再結(jié)晶控制軋制（RCR）。通過使每道次變形后的形變奧氏體的再結(jié)晶，可以同樣達(dá)到傳統(tǒng)上低溫控軋方法所能達(dá)到的晶粒細(xì)化效果。此工藝可采用較高的終軋溫度，因此對(duì)軋機(jī)的軋制力要求較低，不但提高生產(chǎn)率，同時(shí)能在軋制力較弱的軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)軋制生產(chǎn)。

TMCP的四個(gè)階段和各階段的組織

       20世紀(jì)90年代，薄板坯連鑄連軋工藝得到快速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了釩微合金化技術(shù)在高強(qiáng)度帶鋼產(chǎn)品中的應(yīng)用。薄板坯連鑄連軋工藝一系列冶金學(xué)特征，包括近終形的快速凝固、低的板坯加熱溫度、鑄態(tài)組織直接軋制、機(jī)架道次大變形等，導(dǎo)致傳統(tǒng)鈮微合金化HSLA鋼因鑄坯裂紋和混晶組織問題造成了生產(chǎn)上的困難。通過采用V/V--N微合金化技術(shù)，人們?cè)诒“迮鬟B鑄連軋工藝下開發(fā)出屈服強(qiáng)度為350~700MPa級(jí)的系列高強(qiáng)度帶鋼產(chǎn)品。

薄板坯連鑄連軋工藝（a）與傳統(tǒng)軋制工藝（b）

進(jìn)入21世紀(jì)，中國在低成本V-N微合金化高強(qiáng)度鋼筋方面的研究成果及推廣應(yīng)用，有力地促進(jìn)了釩微合金化技術(shù)在我國的應(yīng)用。目前，中國400MPa以上高強(qiáng)度鋼筋的比例已經(jīng)超過85%，并且正在大力發(fā)展屈服強(qiáng)度500MPa的Ⅳ級(jí)鋼筋，釩在中國高強(qiáng)度鋼筋的生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用前景。

        近年來，隨著研究工作的不斷深入，人們開發(fā)出一系列釩微合金化的新技術(shù)和新工藝。VN晶內(nèi)鐵素體（IGF）形核技術(shù)與RCR工藝結(jié)合，形成了第三代TMCP工藝。該工藝采用V-N微合金化設(shè)計(jì)，通過RCR細(xì)化原始奧氏體晶粒，依靠終軋階段的形變誘導(dǎo)VN在奧氏體中的析出，促進(jìn)IGF形核，細(xì)化了鐵素體組織。這一新工藝技術(shù)不僅發(fā)揮釩的傳統(tǒng)沉淀強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)，還利用VN促進(jìn)IGF形核起到了晶粒細(xì)化作用，充分發(fā)揮了微合金鋼晶粒細(xì)化和沉淀強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在一些難以實(shí)現(xiàn)低溫控軋的鋼鐵產(chǎn)品，如厚壁型鋼、高強(qiáng)度厚板等，獲得了成功應(yīng)用。

第三代TMCP工藝