建筑用低屈強(qiáng)比耐火鋼熱軋帶材的開(kāi)發(fā).pdf

1、高層建筑的迅速發(fā)展使建筑用鋼的需求量劇增，同時(shí)也對(duì)建筑用鋼的強(qiáng)度、抗震性、耐火性能等提出了更高的要求。但傳統(tǒng)的建筑用鋼功能單一，不能同時(shí)具有高層建筑所需的抗震及耐火功能。即使能夠滿足要求，也大多采用軋后熱處理的方法，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。 針對(duì)這一課題，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與上海寶鋼集團(tuán)公司聯(lián)合攻關(guān)，進(jìn)行了高層建筑用低屈強(qiáng)比耐火熱帶鋼的研制與開(kāi)發(fā)。其目標(biāo)是采用微合金化成分設(shè)計(jì)和控軋控冷工藝相結(jié)合的方法，生產(chǎn)出

2、抗拉強(qiáng)度分別為400MPa級(jí)和490MPa級(jí)、低屈強(qiáng)比(YR＜0.80)、耐火性能好(σs(600℃/σs(RT)≥2/3)的熱軋帶鋼，以滿足國(guó)內(nèi)對(duì)高層建筑用鋼的需求。本文從400～490MPa級(jí)高層建筑鋼所要求的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和耐火特性出發(fā)，進(jìn)行了化學(xué)成分設(shè)計(jì)和制定了控軋控冷工藝，并進(jìn)行了490MPa級(jí)耐火鋼的工業(yè)試制。試制結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到日本JISG3136標(biāo)準(zhǔn)要求，論文的主要工作如下： (1)采用低碳

3、微合金化思想進(jìn)行了400MPa級(jí)和490MPa級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼成分設(shè)計(jì)。400MPa級(jí)耐火鋼主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為：C≤0.045，Si≤0.25，Mn≤0.50，Mo≤0.45，Cr≤0.35，Nb0.015～0.020。490MPa級(jí)耐火鋼主要化學(xué)成分為：C≤0.085，Si≤0.25，Mn≤0.65，Mo≤0.55，Cr≤0.35，Nb0.015～0.020。 (2)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鐵素體晶粒大小影響鋼的屈

4、強(qiáng)比，鐵素體晶粒尺寸越小，則屈強(qiáng)比越高。同時(shí)，鋼中的不同組織也會(huì)對(duì)低碳鋼的屈強(qiáng)比產(chǎn)生影響，由多邊形鐵素體+貝氏體所組成的鋼其屈強(qiáng)比要低于由多邊形鐵素體+珠光體所組成的鋼。 (3)采用碳萃取復(fù)型和金屬薄膜試樣兩種方法，經(jīng)過(guò)透射電鏡觀察及能譜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在含Nb0.015％的控軋控冷鋼中并沒(méi)有含Nb的沉淀相析出，Nb仍然是以原子狀態(tài)存在。 (4)基于M.Enomoto等關(guān)于Nb原子在奧氏體晶界偏聚的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，以及作者

5、通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0.015％Nb鋼存在奧氏體晶粒突然長(zhǎng)大的臨界溫度(1240℃)、微量Nb抑制形變奧氏體靜態(tài)再結(jié)晶的現(xiàn)象，考慮到Nb、Fe原子之間存在較大的半徑差等因素，整理提出Nb原子晶界內(nèi)吸附假說(shuō)。 (5)通過(guò)對(duì)含0.015％Nb和不含Nb鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大對(duì)比實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，不僅間隙相質(zhì)點(diǎn)通過(guò)釘扎機(jī)制可以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，而Nb原子通過(guò)拖曳機(jī)制也可以有效地抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。而且Nb原子可以通過(guò)拖曳機(jī)制對(duì)位錯(cuò)的攀移起到了限制作

6、用，使形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶受到抑制，增加了奧氏體的形變儲(chǔ)存能，使鐵素體形核率增加，造成最終組織的細(xì)化。 (6)490MPa級(jí)Cr-Mo-Nb耐火鋼600℃高溫拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，600℃下耐火鋼的鐵素體晶內(nèi)強(qiáng)度仍然大于晶界。因此采用細(xì)晶強(qiáng)化方式可以提高鋼在600℃下的高溫強(qiáng)度，而且如果在室溫下細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度貢獻(xiàn)大，則在600℃時(shí)鋼的屈服強(qiáng)度降低的就較少，熱強(qiáng)值σs(600℃)/σ(RT)也就越高；若在室溫下細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)

7、度貢獻(xiàn)的較小，則在600℃時(shí)鋼的屈服強(qiáng)度降低的就越多，熱強(qiáng)值σs(600℃)/σs(RT)也就越低。 (7)經(jīng)OM和TEM觀察分析，對(duì)于490MPa級(jí)Cr-Mo-Nb鋼，當(dāng)其終冷溫度為500℃、450℃和400℃下所得到的熱軋?jiān)嚇颖患訜岬?00℃時(shí)，熱軋態(tài)下的非平衡態(tài)組織會(huì)向平衡組織轉(zhuǎn)變。首先是由位向差較小、光鏡下觀察不到的板條鐵素體合并長(zhǎng)大，變成光鏡下可以觀察到多邊形鐵素體。其次是黑色顆粒狀由馬氏體和殘余奧氏體所組成M/A島在

8、600℃下發(fā)生分解，變成了珠光體。 (8)研究表明，奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形對(duì)490MPa級(jí)耐火鋼組織轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)變形奧氏體以10℃/s～30℃/s連續(xù)冷卻時(shí)，由于變形促進(jìn)了先共析鐵素體優(yōu)先在奧氏體晶界位置形核，而后轉(zhuǎn)變的粒狀貝氏體被先共形鐵素體所包圍，粒狀貝氏體鐵素體只能在奧氏體晶內(nèi)形核，屬于均勻形核。而未變形奧氏體以10℃/s～30℃/s連續(xù)冷卻時(shí)，通過(guò)透射電鏡可以看到粒狀貝氏體鐵素體優(yōu)先在能量和結(jié)構(gòu)起伏較大的奧氏體

9、晶界處形核，然后向一側(cè)奧氏體晶內(nèi)呈平行板條狀長(zhǎng)大，屬于非均勻形核。 (9)以490MPa級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼為研究對(duì)象，采用后向冷卻工藝進(jìn)行了工業(yè)試制。試制結(jié)果表明此工藝可有效地降低耐火鋼的屈強(qiáng)比。經(jīng)檢驗(yàn)，熱帶鋼的力學(xué)性能為：屈強(qiáng)比為0.787～0.795，屈服強(qiáng)度為430～450MPa，抗拉強(qiáng)度為544～566MPa，延伸率24％～29％，600℃下的熱強(qiáng)值σs(600℃)/σs(RT)為0.670～0.683。達(dá)到了預(yù)定的研究目