遇火强化型耐火钢Q420FRE的物理冶金原理与力学性能

 根据微合金纳米第二相在加热升温过程中的析出特点,充分发挥微合金第二相的强化作用,提出了遇火强化型耐火钢技术新思路。与传统耐火钢相比,通过降低钼含量,可以降低钢材成本。遇火强化型耐火钢的生产工艺路径为热轧＋快速冷却,抑制微合金纳米第二相在热轧板冷却过程中析出的同时,获得中低温转变组织。工业试制Nb-V-Ti-Mo复合微合金化遇火强化型耐火钢Q420FRE组织类型为细小的粒状贝氏体,力学性能满足耐火钢标准GB/T 28415—2012的要求,其中室温伸长率和－40 ℃低温冲击韧性优异。经计算,工业试制的遇火强化型耐火钢Q420FRE在600～700 ℃下的纳米MC相沉淀强化增量超过50 MPa。模拟测试表明,工业试制Q420FRE的耐火极限温度接近650 ℃,600 ℃高温回火3 h不失效,空冷至室温后屈服强度上升,具有二次耐火性。     

钒对耐火钢显微组织及高温性能的影响

 通常采用控轧控冷方式生产耐火钢Mo-Nb复合合金化。采用电子显微镜、相分析和三维原子探针等方法,研究了不同热轧工艺条件下钒对含钒耐火钢的室温和600 ℃拉伸性能的影响,探讨了微观组织与力学性能之间的关系。结果表明,添加钒后能形成细小弥散分布的析出物,配合控制贝氏体比例后能有效地提高室温和高温力学性能;钒在热轧态耐火钢中主要固溶于先共析铁素体内,再加热至600 ℃时热轧态被“隐藏”的钒存在明显的析出,进一步提高了含钒耐火钢的高温性能。     

钛微合金化Q345E钢的试验研究

采用钛微合金化技术生产出具有较高屈服强度和良好低温冲击韧性的Q345E钢,其组织均以铁素体+珠光体+少量回火索氏体组成。缓冷和快冷试验结果表明钛微合金化Q345E具有较高的性能稳定性,强度增加主要是Ti细晶强化及沉淀强化作用引起的,研究为钛微合金化钢的进一步推广作了有益尝试。     

Ti微合金化Q345D钢中厚板的组织和力学性能

研究了铁水脱硫处理-150 t转炉-RH-保护浇铸-控轧控冷工艺生产的Ti微合金化Q345D钢(/%:0.15C,0.27Si,1.36Mn,0.019Ti,0.011P,0.003S,0.026Als)30 mm×2500 mm中板的力学性能、组织和析出物。结果表明,Ti微合金化Q345D钢的抗拉强度≥525 MPa,屈服强度≥390 MPa,延伸率≥29%,-40℃冲击功125 J;该钢组织为珠光体+铁素体+少量索氏体,晶粒度为12~14级;钢中夹杂物主要为MnS和Ti_4C_2S_2,钢中析出物为50~250 nm弥散分布的TiN;钢的强度增加主要是TiN细晶强化作用引起的。     

低Mo耐火建筑用钢Q345FRE开发试验研究

综合考虑合金元素对耐火建筑用钢高温力学性能的作用,在实验室采用500 kg多功能真空感应炉完成低Mo成分体系Q345FRE耐火钢热轧基料的制备,使用550 mm热轧实验机组完成15 mm厚度耐火建筑用钢板的轧制和冷却。比较轧后水冷和空冷两种工艺,常温力学性能均满足GB/T 28415—2012《耐火结构用钢板及钢带》标准要求。轧后空冷钢板的高温性能未满足国标要求,而轧后水冷钢板的高温性能满足国标要求,主要原因为水冷钢板高温组织相比空冷显著细化。通过合适的成分设计、轧制和冷却工艺,实现了15 mm厚度耐火建筑用钢Q345FRE的成功试验开发。     

建筑结构用新型抗震耐火钢Q420FRE的开发

新型耐火钢除了要求具有等同或优于普通建筑钢的室温力学性能和良好焊接性能,还需要保证耐火性能和良好抗震性能,并拥有比传统耐火钢成本更低的特点。南钢基于实验室试验的结果,设计了低Mo新型耐火钢的化学成分和轧制工艺,试制了不同厚度规格的Q420FRE耐火钢,其各项性能均优于标准对同级别耐火钢的要求。600℃高温强度达到室温强度的70%,280 MPa恒载荷下的耐火极限温度约为700℃,模拟二次火灾高温强度仍超过280 MPa,屈强比0.83,具有良好的耐火及抗震性能。     

钢的微合金化强化机理浅析

介绍了微合金化元素Nb、V、Ti的物理特性,论述了它们细化晶粒强化及沉淀析出强化的机理,分别阐明了Nb、V、Ti元素的微合金化特点。     

天铁Ti微合金化Q345B的生产实践

为了减少C-Mn钢Q345B中Mn合金消耗,采用Ti微合金化的成分设计思路,通过细晶强化和析出强化保证Q345B钢的强度.该钢种在天铁1 750 mm半连续热连轧机组实现了工业化生产.热轧加热温度1 200℃,终轧温度在840～880℃,卷取温度在550～620℃.通过采用合理的控轧控冷工艺,使钢板获得了良好的金相组织和力学性能,显著降低了生产成本.     

钛微合金化Q345R容器板的强化机理

对一种钛微合金化Q345R容器钢的力学性能、显微组织和析出物进行试验研究,结果表明:Q345R含钛钢具有较高的强度性能、良好的延伸性和低温冲击韧性;其组织均以铁素体+珠光体组成,晶粒度约为12级;析出物为50~100 nm的TiN,开始析出温度为1 343℃,在固相线之下;计算表明微钛处理不足以形成TiC,细晶强化和固溶强化对强度的贡献最大。     

Mo微合金化对82B钢高温力学性能及显微组织的影响

研究了添加Mo（质量分数）为0.02%、0.04%、0.07%、0.11%的82B钢对不同温度下高温拉伸后的组织和性能的影响及Mo对82B高碳钢的强韧化机理。结果表明：（1）200～300℃高温拉伸时,4组试验钢力学性能较好,300℃达到峰值,Mo为0.11%试验组最优,抗拉强度由1 139 MPa增至1 192 MPa,屈服强度为736 MPa,略有降低,伸长率与断面收缩率均有显著提高,分别为22%和72.9%。相较于Mo为0.02%试验钢,虽屈服强度下降约5%,但抗拉强度升高5%,伸长率、断面收缩率大幅增加,且塑性随Mo含量同步提高,随着温度继续升高,由于材料开始软化,各项力学性能均呈下降趋势。（2）Mo为0.02%和0.04%时,显微组织除渗碳体随拉伸温度的提高逐渐增多外,索氏体与珠光体未出现明显变化,与室温相同,当Mo增至0.07%和0.11%时,索氏体、珠光体团逐渐细化且分布均匀。同时,4组试验钢在300℃高温拉伸时出现蓝脆现象,通过断口观察发现,有Al、Si等元素的夹杂物存在,且失效方式为韧性断裂,断口主要可分为剪切唇区和纤维区,剪切唇区的面积随着温度的升高逐渐缩小。     

Mo对耐火钢高温屈服强度的影响

设计了一系列Mo质量分数从0.1%到0.8%的Fe-Mo-C三元模型钢.采用两种不同热处理工艺制度得到不同的组织,研究了Mo元素对耐火钢高温强度的两种强化形式:固溶强化和贝氏体相变强化.Mo可以显著提高耐火钢的高温强度,它在耐火钢中的主要高温强化机理是固溶强化.Mo质量分数不高于0.5%时,其高温固溶强化效果明显,每添加0.1%的Mo,600℃的屈服强度增量为13.71 MPa;但当Mo质量分数大于0.5%后,高温强度增幅逐渐减小.此外,贝氏体相变强化对耐火钢的高温强度也有重要影响.当贝氏体体积分数达到20%时,耐火钢的高温强度显著增加.     

CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现:屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti(C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti₄C₂S₂粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.     

钒微合金化钢的技术进展与应用

介绍了钒微合金化技术的最新进展以及钒钢的开发与应用情况。氮是含钒钢中有效的合金元素,含钒钢中增氮,优化了钒在钢中的析出,显著提高沉淀强化效果。采用钒氮微合金化设计,配合适当的轧制工艺,促进V(C,N)在奥氏体中析出,起到了晶内铁素体形核核心作用,实现了含钒钢的晶粒细化。最新的研究成果表明钒微合金化可以提高双相钢、贝氏体钢、相变诱导塑性钢、孪晶诱导塑性钢、热成型马氏体钢等汽车用先进高强度钢的强度并改善使用性能,显示出良好的应用前景。钒氮微合金化技术在中国高强度钢筋、高强度型钢、非调质钢、薄板坯连铸连轧高强度带钢等产品中获得广泛应用,大大促进了中国钒微合金化钢的发展。     

Microstructure and Mechanical Properties of Precipitation Strengthened Fire Resistant Steel Containing High Nb and Low Mo

Through the thermo-mechanical control process(TMCP),a high Nb low Mo fire resistant steel with the yield strength(YS)of 521 MPa at room temperature(RT)and 360 MPa at elevated temperature(ET)of 600 ℃was developed based on MX(M=Nb,V,Mo;X=C,N)precipitation strengthening.A series of tensile and constant load tests were conducted to study the mechanical properties at ET.The dynamic continuous cooling transformation(CCT)as well as precipitation behavior of microalloy carbonitride was investigated by means of thermal simulator and electron microscopy approaches.Results showed that the failure temperature of tested steel was determined as 653 ℃,and the granular bainite was obtained when the cooling rate was higher than 10 ℃/s.In the rolled state,a certain amount of M/A islands was observed.During heating from RT to ET,M/A islands disappeared,and cementites and high dense compound precipitates(Nb,Mo,V)C with size of less than 10 nm precipitated in ferrite at ET(600 ℃),which resulted in precipitation strengthening at ET.     

高韧性桥梁钢Q420qD的开发

为了满足桥梁钢Q420qD高强、高韧性的要求,采用低碳、铌、钒、钛微合金化成分设计方案,应用铁水预处理、自动化炼钢控制钢水洁净度,采用电磁搅拌及重压下等工艺手段保证铸坯质量,利用新一代TMCP工艺,控制钢板的组织细化和均匀,保证产品的综合力学性能。通过力学性能的测试和组织检测,开发钢种屈服强度在450~510 MPa,抗拉强度在560~640 MPa,伸长率在21%~25%,－20 ℃冲击功全部在200 J以上,屈强比全部小于0.85,Ⅱ级探伤全部合格;在Gleeble3500试验机上测定了钢种的动态CCT曲线,为制定控轧控冷工艺提供理论基础;应用透射对析出物的分析表明,析出强化贡献量占全部强度的15%以下,强化机制以固溶强化、细晶强化和贝氏体相变强化为主。     

低合金高强度结构钢Q345B高温拉伸力学性能研究

采用热模拟试验机Gleeble-1 SOOD进行高温单道次压缩和高温拉伸实验,并模拟实际生产的拉矫和轧制过程,对低合金高强度结构钢Q345B连铸坯高温力学性能进行了研究,为生产高质量高性能的铸坯提供了理论指导。     

退火工艺对Nb-V微合金化双相钢组织性能的影响

为了进一步提升双相钢性能、探究Nb-V元素复合添加对双相钢组织性能的影响,在实验室研发了Nb-V微合金化的冷轧双相钢。利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统地研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度和伸长率随着退火温度的升高变化不大,屈服强度在组织中铁素体含量明显减少后有显著提升;Nb、V元素的添加细化了组织,可以提高综合性能。随着过时效温度的升高,试验钢主要组织由起初低温时的淬火马氏体+回火马氏体变为高温时的粒状贝氏体,残余奥氏体比例也逐渐增大。高温过时效时,试验钢强度的降低主要由回火马氏体的软化造成;低温过时效时,V析出量的增加也对试验钢的强化起到了重要作用。     

耐火结构用钢板及钢带标准研究

简要介绍了耐火结构用钢的发展和技术要求,并对钢板钢带标准的制定进行了研究。