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铌在高强度可焊接工字钢和其它结构钢中的应用中-【新闻】砖机

发布时间:2021-04-20 12:11:38 阅读: 来源:二氧化氯发生器厂家

铌在高强度可焊接工字钢和其它结构钢中的应用(中)

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82%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52Ksi或厚度大于22mm的钢,为满足韧性要求,必须采用控制轧制工艺。

2正火热处理

正火是在Ac3相变点以上。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922℃和2252℃之间,Nb含量为2.22%~2.24%,就足以使晶粒度达到22级。与此相反,含Si钢中不含Nb时,正火温度为2222℃时,晶粒度为7级。

Nb的碳氮化合物和Al的氮化物一样,在2252℃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922℃×32′的晶粒度达到了22级。vT27>42℃。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,S462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。

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2252℃以上进行变形,使奥氏体晶粒细化。如果给定总压下率为72%,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922℃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222ppm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=2.43N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,vT42J约为-22℃。自由氮含量一旦超过35ppm,vT42J迅速达到>+32℃。

提高韧性方法有两个:一是将终轧温度从962℃降低到872℃,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,vT42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322MPa时,vT42在-62~-72℃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,vT42=-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。

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