加硼低合金高強(qiáng)度H型鋼的研究與開發(fā).pdf

1、H型鋼是一種截面面積分配更加優(yōu)化、強(qiáng)重比更加合理的經(jīng)濟(jì)斷面高效型材，具有抗彎能力強(qiáng)、施工簡單、節(jié)約成本和結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、工業(yè)廠房、橋梁結(jié)構(gòu)、船舶港口、石油鉆井平臺等方面，所以H型鋼是我國提倡發(fā)展的型材品種之一。隨著低溫地帶資源開發(fā)和高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用，用戶對高強(qiáng)度、高韌性（特別是良好的低溫韌性）H型鋼的需求量越來越大。
　　 本課題研究的開展是鑒于在成分和工藝優(yōu)化前，企業(yè)試制的原Q345EH型鋼存在低溫沖擊

2、韌性波動(dòng)較大且-40℃沖擊韌性不合要求的問題。為了找到一條適合當(dāng)前生產(chǎn)條件的成分和工藝路線，本研究嘗試從成分設(shè)計(jì)上尋求突破，首次將硼引入到低溫用H型鋼的開發(fā)中。經(jīng)歷原生產(chǎn)鋼分析、實(shí)驗(yàn)室冶煉鋼研究和實(shí)際生產(chǎn)線應(yīng)用，成功開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型加硼Q345E大H型鋼及其生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)出來的H型鋼在熱軋態(tài)即可滿足-40℃低溫應(yīng)用的要求，為企業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提升了我國高端H型鋼的競爭力。
　　 在本研究中，綜合利

3、用了常溫拉伸試驗(yàn)、系列溫度沖擊試驗(yàn)、熱模擬試驗(yàn)、光學(xué)顯微鏡、體視顯微鏡、電子探針、掃描電鏡、透射電鏡等試驗(yàn)方法和檢測手段，系統(tǒng)研究了不同條件下的試驗(yàn)鋼的組織和性能。本研究的重點(diǎn)是硼對組織和性能的影響。在以往的研究中，硼主要用來提高鋼的淬透性，而在本研究中通過添加微量的硼，來達(dá)到改善低溫沖擊韌性的目的。
　　 本文的研究步驟為:第一步，以企業(yè)當(dāng)時(shí)試制的原Q345EH型鋼為研究對象，對鋼材的性能和組織進(jìn)行了測試和分析，評估了其低溫沖

4、擊性能，探討影響其韌性的組織和冶金因素。第二步，提出加硼改善低溫沖擊韌性的思路，在實(shí)驗(yàn)室冶煉不同硼含量的試驗(yàn)鋼，研究微量硼對試驗(yàn)鋼組織和性能的影響，探尋加硼思路的可行性，并初步探討韌化機(jī)理。第三步，對含硼試驗(yàn)鋼進(jìn)行熱力物理模擬試驗(yàn)，研究此新鋼種的相變行為，為工業(yè)化生產(chǎn)提供工藝參考，也為熱處理工藝提供知識儲備。第四步，在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上指導(dǎo)工業(yè)化應(yīng)用，并對工業(yè)化新產(chǎn)品進(jìn)行組織和性能的研究，綜合探討韌化機(jī)理。
　　 通過對實(shí)驗(yàn)室冶

5、煉鋼研究發(fā)現(xiàn)，硼的加入顯著降低了鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使得鋼在-40℃時(shí)的低溫沖擊韌性獲得大幅度的提高，其沖擊功遠(yuǎn)大于國標(biāo)要求。強(qiáng)度及延伸率也沒有因?yàn)榕鸬募尤攵档汀Ｅ鸬募尤敫淖兞薔b(C,N)粒子的尺寸和分布，使之更均勻且彌散化，細(xì)化了轉(zhuǎn)變后的鐵素體晶粒，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的。鋼中大部分的硼以固溶狀態(tài)存在，只發(fā)現(xiàn)極少量的Fe23(C，B)6。硼在晶界的偏聚能夠防止P、S等雜質(zhì)元素的晶界偏聚，加上硼自身具有提高晶界結(jié)合力的作用，從而降低了材料

6、的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高材料的低溫沖擊韌性。
　　 通過熱力物理模擬試驗(yàn)，研究了含硼鋼的相變行為，制定了適合當(dāng)前生產(chǎn)條件的軋制工藝，以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。加硼Q345E大H型鋼的生產(chǎn)工藝路線為:鋼坯在1250～1300℃進(jìn)行均熱，并保證出鋼溫度在1250℃以上。鋼材的終軋溫度范圍在890～930℃之間，軋后可快冷至750℃上冷床再自然冷卻。軋制過程中的總變形量、道次變形量等參數(shù)保持不變。
　　 通過工業(yè)生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)的含硼H型

7、鋼的低溫沖擊性能獲得大幅度的提高，證明工業(yè)化生產(chǎn)加硼H型鋼的可行性。加硼后的H型鋼中仍然存在有帶狀組織，但是其低溫沖擊功卻有明顯的提高，特別是在-40℃時(shí)的低溫沖擊功遠(yuǎn)高于國標(biāo)規(guī)定值，說明帶狀組織不是決定H型鋼沖擊功高低的主要因素。通過對比同等晶粒度的含硼鋼和無硼鋼的低溫沖擊韌性，證實(shí)了硼的晶界強(qiáng)化對低溫韌性的有效作用。因此，微量硼提高低溫沖擊韌性的機(jī)理歸結(jié)為:(1)晶粒細(xì)化:硼和鈮的復(fù)合作用使晶粒細(xì)化提高韌性;(2)晶界強(qiáng)化:硼在晶界