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《現(xiàn)代高強度鈮微合金化結(jié)構(gòu)鋼_楊雄飛》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、世界金屬導(dǎo)報/2013年/2月/26日/第B04版軋鋼技術(shù)現(xiàn)代高強度鈮微合金化結(jié)構(gòu)鋼楊雄飛第1頁共8頁第2頁共8頁第3頁共8頁第4頁共8頁1概述鋼在民用建筑工程中的應(yīng)用具有如下優(yōu)勢:①縮短施工時間；②降低成本；③減少維護；④提高承載能力；⑤更高的強度/重量比。這些優(yōu)勢在當(dāng)今不斷提高的環(huán)保意識和高經(jīng)濟性的市場中仍然十分突出，建筑行業(yè)使用高強度鋼比例不斷增大。這不僅能保證大膽創(chuàng)新的建筑工程得以實現(xiàn)，而且也實現(xiàn)了資源節(jié)約，保證工程投資回報期提前。然而，除了常規(guī)力學(xué)性能外，這些鋼應(yīng)滿足使用性能要求，如現(xiàn)場焊接性、低溫性能等。一般情況下，通過提高合金元素添加量來實現(xiàn)更高強度，
2、但這會使鋼的淬透性提高，這樣，在焊接時如果沒有采用合適的焊接參數(shù)，則出現(xiàn)脆性斷裂和氫致裂紋的風(fēng)險增加。如今，現(xiàn)代化軋機具備生產(chǎn)屈服強度500MPa、厚度接近100mm鋼板的能力。這些鋼可被歸類為可焊接細晶微合金化鋼種，母材及焊接熱影響區(qū)(HAZ)都具有優(yōu)異的韌性。一般，這些鋼通過熱機械加工(TMCP)結(jié)合加速冷卻途徑生產(chǎn)，通常在焊接前不需要預(yù)熱處理。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10025-4涵蓋名義最低屈服強度275MPa、355MPa、420MPa、460MPa和名義低溫沖擊韌性-20℃(M鋼)和-50℃(ML鋼)的TMCP鋼種。2建筑用含鈮高強度鋼(HSS)應(yīng)用更高強度鋼可以顯
3、著降低鋼板厚度，實現(xiàn)減重。當(dāng)材料只承受單向應(yīng)力時，實現(xiàn)減量效果最好，即將屈服強度提高一倍，鋼材僅需要一半的壁厚就可以承受相同載荷。即使考慮由彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷產(chǎn)生的其他應(yīng)力作用，減重效果依然顯著。這種效果可由用不同強度水平鋼制作的梁的例子證明(圖1)。盡管這類HSS的價格更高，但其材料節(jié)省量足以補償材料成本的增加。此外，所需總的材料重量減少，從而減少結(jié)構(gòu)制作成本以及運輸和人工處理等成本。另外，現(xiàn)代高強度鋼的應(yīng)用也可以節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)所需要的焊接。隨著壁厚降低，所需焊接金屬量也隨之減少，減少量呈二階指數(shù)，更為重要的是焊接金屬量決定了部件制作所需的生產(chǎn)時間。經(jīng)濟效益應(yīng)在結(jié)構(gòu)安全得
4、到保障的前提下才能考慮。研究已經(jīng)表明:首先，鋼在將要使用的服役溫度下一定不能呈現(xiàn)脆性；其次，鋼應(yīng)具有優(yōu)異塑性，承受任何裂紋擴展。圖2給出了斷裂力學(xué)測試結(jié)果，結(jié)果表明，更大的缺陷長度及更高強度鋼需要更高的韌性水平以保證結(jié)構(gòu)安全。從圖2可以看出，所需的斷裂力學(xué)值隨屈服強度增加呈指數(shù)上升。因此，這對鋼鐵冶金工作者開發(fā)第5頁共8頁出能同時具有更高強度和更好韌性水平的鋼提出了挑戰(zhàn)。實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵方式之一是通過鈮(Nb)微合金化的使用，它能保證開發(fā)出的鋼既具有更高強度又具有良好韌性。歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(EN1993-Eurocode3)描述了一種基于斷裂力學(xué)的安全分析，同時
5、也給出一種使用更為廣泛的夏比V缺口沖擊試驗獲得實用近似值。現(xiàn)代結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)要求鋼水具有高的潔凈度，從而提供更好的韌性。這類鋼通常要求低的硫化物和氧化物夾雜，同時碳含量低，減少珠光體的體積分?jǐn)?shù)。這種冶金要求方法廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代加鈮的高強度低合金(HSLA)鋼中，其中以鈮產(chǎn)生細晶強化作為主要的強化機理(同時改善韌性)。應(yīng)指出的是，其他強化機理，即析出強化、位錯強化或者固溶強化和應(yīng)用高碳的強化途徑等，都有惡化韌性的效應(yīng)。因此，鋼的開發(fā)重點應(yīng)放在晶粒尺寸細化上。低碳及高潔凈鋼也有利于焊接性。研究表明:首先，鋼在將要使用的服役溫度下一定不能呈現(xiàn)脆性；其次，鋼應(yīng)具有優(yōu)越的塑性，承
6、受任何裂紋擴展。例如，對海洋用鋼板，裂紋尖端張開位移(CTOD)測試要求的趨勢證明對現(xiàn)代結(jié)構(gòu)鋼板的使用性能要求不斷提高。在近期的一些工程中，已經(jīng)要求在-40℃進行試驗，而對屈服強度460MPa鋼要求在低至-60℃下進行夏比韌性CVN試驗。冶金工作者面臨的挑戰(zhàn)是要更好地理解合金化和整個工藝路線。具體體現(xiàn)在如下幾方面:◆降低碳含量，減少珠光體的體積分?jǐn)?shù)，低碳及高潔凈鋼也對焊接性產(chǎn)生正面作用；◆在二次精煉過程中進行真空脫氣，使硫、氮、氫和總氧量最低。整體上，這將減少雜質(zhì)元素量，生產(chǎn)出更潔凈的鋼；◆鈣處理可以改性硫化物夾雜，使硫化物更加球化。如今，在鋁脫氧鋼中典型硫含量<0
7、.003%:◆輕壓下以壓縮凝固孔隙并使連鑄過程中宏觀偏析程度最低；◆最大厚度板坯的生產(chǎn)——允許在軋制過程中實現(xiàn)更大的芯部調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代HSLA鋼一直采用避免在凝固過程中產(chǎn)生包晶反應(yīng)的碳含量，即碳含量低于0.09%，最典型的碳含量一般在0.07%左右或更低。這樣低的碳含量不僅有利于避免在連鑄過程中產(chǎn)生表面裂紋，而且也改善了焊接性。在包晶反應(yīng)過程中，由于在8一鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變過程中發(fā)生進一步的體積收縮，造成鋼水在枝晶間聚集。自然地，這些鋼水富集合金化元素，由于在HSLA鋼中主要的合金化元素是錳，錳的偏析率通常高達基體成分的兩倍，而這種偏析是HAZ的局部脆性區(qū)的起源，導(dǎo)
