| 铌在高强度可焊接工字钢和其它结构钢中的应用 |
http://www.yn56.com 2007-12-8 9:09:05 采编:zhangfeng |
1．2正火热处理 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。 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。 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。 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。 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。 根据以上试验结果，制订了S355钢的合金设计原理。 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。 1．3控轧工艺：控制轧制 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。 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℃。 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。 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。 同样地，含V钢中加Ti也降低V的硬化效应，因为Ti固定了氮，降低了V的氮化物的硬化效应。 虽然控制轧制能达到强度和韧性的要求，但也存在一些缺点。降低终轧温度增加了轧机的负载，很多轧机在设计时并没有考虑这部分增加的载荷。与C－Mn钢相比，由于Nb的存在阻止了再结晶，在此温度区间使轧机增加了负载。由于控轧过程中有个待温过程，因而增加了轧制时间，降低了生产效率。 图3显示了要达到一定厚度的S355工字钢所对应的强度时所需的化学成分、碳当量和Nb含量。为达到所需强度，可采用不同的 (续) |
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