低屈強(qiáng)比590MPa級(jí)建筑結(jié)構(gòu)用鋼開(kāi)發(fā).pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良的抗震性能，在近年來(lái)的建筑工程中日益受到重視。但是，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)用鋼的強(qiáng)度低、屈強(qiáng)比高、供貨厚度薄、抗震性能和焊接性能差等突出缺點(diǎn)限制了其推廣。因此，自主開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、易焊接、低屈強(qiáng)比抗震建筑結(jié)構(gòu)用厚板具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文結(jié)合國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“節(jié)約型鋼材減量化軋制技術(shù)”，基于節(jié)約型高性能鋼材生產(chǎn)原則，開(kāi)發(fā)了低屈強(qiáng)比590MPa級(jí)建筑結(jié)構(gòu)用厚板。實(shí)驗(yàn)鋼采用低成本成分設(shè)計(jì)思路，Nb-V-Ti復(fù)合添加

2、，不添加Cu、Cr、Ni和Mo等貴重合金元素，保證了較低的碳當(dāng)量。研究了低成本實(shí)驗(yàn)鋼的奧氏體再結(jié)晶行為、相變行為及不同工藝條件下如控軋控冷-兩相區(qū)淬火-回火(TMCP-L-T)、正火-兩相區(qū)淬火-回火(N-L-T)、兩相區(qū)直接淬火-回火(DL-T)和在線熱處理(HOP)的組織演變及組織對(duì)性能的影響規(guī)律，并將研究成果用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試制。論文創(chuàng)新性工作如下:
　　(1)研究了實(shí)驗(yàn)鋼的奧氏體再結(jié)晶及相變行為，揭示了奧氏體再結(jié)晶規(guī)律以及

3、變形、冷卻對(duì)組織的影響規(guī)律。
　　回歸計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)鋼峰值態(tài)和穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能分別為323.164kJ/mol、224.244kJ/mol，并得到實(shí)驗(yàn)鋼的熱變形方程及奧氏體靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型。連續(xù)冷卻實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨冷卻速度提高，相變驅(qū)動(dòng)力增加，γ→α相變溫度降低，使α的主要形核地點(diǎn)由晶粒邊部轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я１砻?，先共析鐵素體晶粒尺寸不斷細(xì)化。變形擴(kuò)大了擴(kuò)散型相變的轉(zhuǎn)變區(qū)域，縮小了針狀鐵素體、粒狀貝氏體和板條貝氏體相變區(qū)域。

4、>　　(2)提出了低成本短流程生產(chǎn)低屈強(qiáng)比590MPa級(jí)建筑用鋼的TMCP-L-T新工藝。揭示了該工藝條件下的組織演變及低屈強(qiáng)比機(jī)制，并進(jìn)行了工業(yè)試制。
　　隨著淬火溫度的升高，屈服強(qiáng)度不斷增加，抗拉強(qiáng)度先增加，在780℃達(dá)到峰值，而后降低。抗拉強(qiáng)度不僅由回火馬氏體的體積分?jǐn)?shù)決定，同時(shí)也受回火馬氏體的硬度影響。屈強(qiáng)比隨淬火溫度的升高不斷升高，最佳的淬火溫度為760℃。工業(yè)試制的45mm鋼板完全滿足SA440的要求，屈強(qiáng)比為0.74

5、。
　　(3)提出了低壓縮比條件下低成本生產(chǎn)超低屈強(qiáng)比590MPa級(jí)建筑用鋼的N-L-T工藝。揭示了N-L-T工藝的組織演變、超低屈強(qiáng)比機(jī)制及低壓縮比條件下的強(qiáng)韌化機(jī)制，并進(jìn)行了工業(yè)試制。
　　N-L-T工藝可以提高軟相和硬相之間的硬度差值，從而獲得更低的屈強(qiáng)比。鐵素體基體內(nèi)部?jī)艋鼗鸷箜g性相對(duì)較低的回火馬氏體被鐵素體最大限度的分割開(kāi)，顯著提高低壓縮比條件下的韌性和塑性。在壓縮比小于3的情況下，N-L-T工藝能夠滿足低屈強(qiáng)

6、比590MPa級(jí)建筑用鋼的要求。生產(chǎn)的90mm厚鋼板屈強(qiáng)比僅為0.69，具有最好的抗震性能。
　　(4)提出了低成本短流程生產(chǎn)低屈強(qiáng)比590MPa級(jí)建筑用鋼的DL-T工藝，研究了該工藝條件下的組織演變及工藝參數(shù)對(duì)組織性能的影響規(guī)律。
　　必須保證較高的淬火速度才能獲得鐵素體+馬氏體雙相組織，隨著直接淬火溫度的升高，強(qiáng)度增加，延伸率降低。淬火溫度升高到750℃時(shí)，屈服強(qiáng)度升高幅度增加，屈強(qiáng)比由0.76上升到0.82。隨著回火溫

7、度的升高，微合金元素析出導(dǎo)致屈服強(qiáng)度先升高后降低，而抗拉強(qiáng)度單調(diào)降低，屈強(qiáng)比升高。在較低的回火溫度下，屈服平臺(tái)長(zhǎng)度較短，可以保證較低的屈強(qiáng)比和良好的強(qiáng)韌性。直接淬火冷卻速度為30℃/s、淬火溫度為600～700℃、回火為500℃時(shí)，力學(xué)性能滿足590MPa級(jí)建筑用鋼要求;直接淬火溫度為750℃、回火溫度為500℃時(shí)，力學(xué)性能滿足低屈強(qiáng)比780MPa級(jí)建筑用鋼的要求。
　　(5)首次通過(guò)熱模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了在線熱處理工藝下的組織演變

8、及工藝參數(shù)對(duì)組織性能的影響規(guī)律。
　　降低終冷溫度有利于切變型相變，可以保證較高的硬度。終冷保溫時(shí)間決定相變產(chǎn)物和組織分?jǐn)?shù)。短時(shí)保溫時(shí)，相變分?jǐn)?shù)低，在隨后加熱回火過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生較高溫度下的相變。較長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，相變發(fā)生比較充分，在加熱回火過(guò)程中則主要發(fā)生回復(fù)、C向奧氏體中富集以及滲碳體析出。隨回火加熱速度提高，位錯(cuò)密度提高，貝氏體板條細(xì)化，貝氏體上的碳化物尺寸細(xì)化，顯微硬度提高。隨回火時(shí)間增加，板條貝氏體中過(guò)飽和碳開(kāi)始析出形成滲碳

9、體，位錯(cuò)密度明顯降低，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)度和硬度降低。
　　(6)首次研究了熱軋十在線熱處理工藝下工藝參數(shù)對(duì)M-A島的影響規(guī)律，揭示了M-A島對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律，并提出了HOP工藝的替代工藝。
　　M-A島體積分?jǐn)?shù)提高可有效提高抗拉強(qiáng)度，但又會(huì)導(dǎo)致沖擊韌性降低。保證一定量的M-A島體積分?jǐn)?shù)以降低屈強(qiáng)比，同時(shí)減小M-A島尺寸、增加其彌散度是兼顧較低屈強(qiáng)比和良好沖擊韌性的正確途徑。可以預(yù)見(jiàn)，在快速加熱、短時(shí)保溫條件下，C的富集和位