表1  试验用钢的化学成分、力学性能和钒节约比例的试验结果

H型钢又名宽缘工字钢，广泛用于钢结构建筑。与钢筋混凝土结构相比，它具有抗震性能好、构件强度高、自重轻、基础工程量减少、造价降低等优点；同时钢结构建筑跨距大，结构占用面积小，可使用面积大，易于进行干法施工，降低噪声，利于环保等。H型钢主要用于民用建筑钢结构中的梁和柱，工业建筑钢结构的承重支架、管道支架、运输桥支架、矿井支架；高炉炉体框、工业楼盖梁；地下工程的钢桩及支护结构；石油、化工、电力等工业设备支架，大跨度钢桥构件及海上采油平台等，应用范围非常广泛。以美国为例，在房屋建筑中使用H型钢的钢结构的占有率高达52%。在中国，H型钢的应用也越来越多，其年产量达千万吨。随着建筑物向高层和大空间方向发展，对H型钢也相应地提出了高强度和厚截面特性的更高要求。

在生产高强度和厚截面H型钢时，根据H型钢的生产工艺特点，与采用铌、钛微合金化方法相比，采用V-N微合金化是最好的选择，可充分利用V(C,N)的析出强化和细化晶粒作用，获得高强度，保证厚截面H型钢的均匀性和良好的综合性能，显著节约合金元素，降低制造成本。

表2给出了试验用钢的化学成分、力学性能和钒节约比例的试验结果。由表2可以看出，在高强度H型钢的情况下，把钒钢中的氮含量从0.008%增加到V-N钢的0.0136%，其他成分基本保持不变，两者的强度和塑性基本相同或V-N钢略高，则此时节约的钒含量高于39.2%，经济效益十分明显，它不仅大大降低了H型钢的制造成本，而且节省了资源，有利于环境保护，减轻环境负担。由于H型钢的产量比较多，节省的钒的数量也就比较多，因此它所带来的经济效益和社会效益是相当可观的。

表2  氮含量对含钒的H型钢节约合金元素影响的试验结果

非调质钢是采用微合金化技术研制的取代需淬火＋回火处理的传统调质钢的一种新型结构钢，国外称为微合金化锻钢(microalloyed forging steels)。由于非调质钢不需要热处理、矫直、消除应力和改善切削性能，所以制造成本低，这是非调质钢的突出特点。

在铌、钒、钛三种主要微合金化元素中，钒的溶解度最高，在1150℃较低的加热温度下，只有钒能全部固溶在奥氏体中。特别是在碳含量较高的非调质钢的情况下，铌和钛的溶解度都明显下降，只有钒仍具有较高的溶解度，所以钒是非调质钢用得最多的沉淀强化元素。由于钒与氮的亲和力比碳大得多，加入钢中的钒很容易以富氮的碳氮化物的形式析出。其中氮化钒（或碳氮化钒）比碳化钒的溶解度低得多，因而稳定性好，在钢中能高度弥散分布，可获得显著的强化效应，如图1所示，氮能显著提高非调质钢的强度。钒和氮的复合作用，既可提高强度，又能保持较好的韧性，因此氮就成为了非调质钢不可缺少的廉价合金元素了，从而为非调质钢节约合金元素钒、降低钢的制造成本奠定了基础。

图1  钒氮对中碳非调质钢析出强化的复合作用

表3给出了非调质试验用钢的化学成分、力学性能和钒的节约比例的试验结果。由表3可以看出，在中碳非调质35MnV钢的情况下，当碳和锰含量基本相同或接近、氮含量从0.006%增加到0.014%时，在保证力学性能基本相同的前提下，则钒的添加量至少可减少25%以上。

表3  非调质试验用钢的化学成分、力学性能和钒的节约比列的试验结果

以上结果表明，氮是含钒非调质钢中一个很有效的合金元素，在保证相同强度水平的情况下，可大大节约钒的加入量，降低钢的制造成本。图2给出了钒钢中适当增加氮含量对钒含量节约的综合评价结果，由此可以看出，增氮后钒的节约量波动在20%~40%范围内。

图2  钢中增氮对钒含量节约的影响