HEATS 发表于 2010-9-12 15:15:51

铌在高强度可焊接工字钢和其它结构钢中的应用(中)

<p>  该成分设计已成功用于工业生产。热轧过程中温度高,意味着钢中的Nb仍保持固溶状态,即使在终轧温度时,也没有Nb的碳化物析出。Nb在钢中以固溶状态存在时,通过延迟相变,细化铁素体晶粒,获得一定数量的贝氏体,从而提高钢的强度。该钢的典型组织是约80%的铁素体,其余为贝氏体和珠光体。在相同轧制工艺条件下,按ASTM标准判断,C-Mn钢的晶粒度为7级,而含Nb钢的晶粒度为9级。相变过程中或相变之后,若在铁素体中形成NbC析出物,则钢的强度可进一步提高。通过传统轧制工艺只能有限地细化晶粒,对于强度高于50Ksi或厚度大于20mm的钢,为满足韧性要求,必须采用控制轧制工艺。</p>

<p>  2正火热处理</p>

<p>  正火是在Ac3相变点以上(通常Ac3+50℃)。S355钢热轧态的组织为铁素体-珠光体,进行正火处理的目的是细化组织,使组织均匀,提高钢的韧性。</p>

<p>  组织细化的程度与原始组织有关。对于不能进行控制轧制的钢,尤其是厚截面钢材,通过正火可达到很好的细化晶粒效果。对于薄截面钢材,正火可能达不到细化的目的,这种情况下,该轧制过程可认为是控制轧制工艺,通常称之为“常化轧制”,热轧态的组织和性能与正火后的组织和性能相似。</p>

<p>  通常用Nb提高正火钢的抗拉强度,Nb能够阻止奥氏体晶粒长大,扩大γ相区。在含Si钢中,这种效果尤为明显。正火温度在900℃和1050℃之间,Nb含量为0.02%~0.04%,就足以使晶粒度达到10级。与此相反,含Si钢中不含Nb时,正火温度为1000℃时,晶粒度为7级。</p>

<p>  Nb的碳氮化合物和Al的氮化物一样,在1050℃仍能够阻止奥氏体晶粒长大,这种作用尤为重要,即使在炉温不均匀的热处理炉中,也能获得细小的铁素体-珠光体组织。</p>

<p>  厚度不同,热轧态工字钢的晶粒度为7~9级。正火后910℃×30′的晶粒度达到了11级。vT27>40℃。正火后vT27<-45℃,正火后,强度均略有下降。</p>

<p>  根据以上试验结果,制订了S355钢的合金设计原理。</p>

<p>  为满足焊接性能的要求,必须具有较低的碳当量。与控轧钢相比,S460钢具有较高的碳当量,从而限制了其产量。还必须指出,尤其对薄截面钢材,热处理易导致变形。变形后必须用矫直机矫直。</p>

<p>  3控轧工艺:控制轧制</p>

<p>  在奥氏体的低温区进行控制轧制时,含Nb钢可以满足强度韧性的要求。轧制过程中,奥氏体首先在1050℃以上进行变形,使奥氏体晶粒细化。如果给定总压下率为70%,则每道次轧制后,通过静态再结晶可得到细小的奥氏体晶粒。然后待温至900℃以下进行终轧。含Nb钢中的再结晶非常缓慢,奥氏体晶粒变成饼状,从而有效地细化了晶粒。</p>

<p>  电弧炉冶炼的含Si钢,高的自由氮含量对性能的提高非常显著。上述钢中,全氮含量在100ppm以上。含Si的空冷钢中,自由氮含量与全氮含量关系是N自由=0.43N全。含Si钢的韧性与自由氮含量有关。自由氮含量在32~33ppm以下时,vT40J约为-10℃。自由氮含量一旦超过35ppm,vT40J迅速达到>+30℃。</p>

<p>  提高韧性方法有两个:一是将终轧温度从960℃降低到870℃,使铁素体晶粒度从7级提高到9级,该工艺显著提高了钢的韧性;二是采用控制轧制,形成氮化物,降低钢中自由氮。二者综合作用,钢的韧性最好。</p>

<p>  常用Al来降低钢中自由氮含量,也可采用Ti、Nb、V等元素。相比于Al和Ti,V和Nb具有优点,它们不会导致连铸过程中出现水口堵塞或产生缺陷等连铸问题。对自由氮含量的测定可用于确定氮化物形成元素固定氮的效果。由此确定了Al当量的计算公式Aleq=Al+2Ti+Nb+V(%)。根据工字钢的力学性能要求来选择合金元素,vT40与屈服强度的函数关系。采用Al、Ti、Al+Ti、Ti+V进行微合金化,屈服强度约为320MPa时,vT40在-60~-70℃之间,强度与用于比较的C-Mn钢相似,C-Mn钢中没有沉淀硬化。Nb微合金钢的屈服强度为375MPa时,vT40=-55℃,Nb产生了显著的沉淀硬化效应,并细化了组织。Ti+Nb复合加入时,由于TiN与Nb的相互作用,使沉淀硬化效应有所减轻。</p>

               
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