铌钛复合微合金化42CrMo钢低温韧性
随着高效机械装备的不断发展,其设计应力不断提高,从而对结构材料的强度要求也在不断提高。但强度水平的提高,一般要影响钢的脆性破坏倾向。对于桥梁、船舶结构、电力、车辆等在低温下服役的机械设备,结构钢的低温脆性是工程设计中不容忽视的问题。一般认为,在钢中添加微量的Nb即可显著改善钢的韧性,添加微量的Ti可提高钢的力学性能[1-4]。由于Nb的价格比较贵,其加入量增大必将增加生产成本,而Ti的价格相对较低,因此用Ti代替50%的Nb,形成铌钛复合微合金化,在改善韧性的同时,降低生产成本。基于上述思路,本文作者对铌钛复合微合金化处理的42CrMo钢的低温韧性进行了研究。1试验材料和方法试验钢的化学成分见表1,其中1号钢为对比料,2号钢为Nb、Ti复合微合金化处理钢。钢中较高的S含量是为了满足切削加工性能的要求。试验用钢采用25 kg真空感应炉冶炼,浇铸成22 kg钢锭,随后将钢锭锻造成直径16 mm的圆棒。开始锻造温度为...&
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该合金的化学成分 (原子百分比 ) :Al,4 5.0～ 4 8.0 ;Cr,1～ 3;V,0～ 3;Nb,0～ 3;Ni,0 .2～ 0 .8;余为 Ti。本发明通...&
(本文共1页)
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0引言建筑用热轧带肋钢筋是我国产量和消费量最大的品种,随着人们对住房需求的增加,国家建筑业向着大型化、高层化的方向高速发展。目前,HRB335钢筋已经不能满足建筑行业的要求,HRB400E高强抗震钢筋以其良好的力学性能稳定可靠、加工性、焊接性、工艺性能迅速走入市场,已经成为建筑用钢筋的主流。微合金化技术是目前世界各国发展高强度钢筋的主要工艺路线,钒被认为是提高HRB400E钢筋强度最合适的微合金化元素之一[1-3]。但是,钒属于贵金属,价格较高,因此钢中引入氮元素,提高钒的利用率,是保证HRB400E热轧带肋钢筋力学性能的有效途径。根据唐钢公司棒材生产线的实际生产情况,HRB400E热轧带肋钢筋力学性能中的屈服强度是制约产品质量提高的重要因素。本文旨在找出钒、氮含量的变化对HRB400E热轧带肋钢筋屈服强度的影响,从而提高HRB400E热轧带肋钢筋的质量,增强该产品在市场上的综合竞争力。1 V-N钢筋的强化机理微合金化元素在钢中...&
(本文共5页)
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无取向硅钢是含碳量很低的硅铁合金,是电子、电力、机械和军事工业中应用广泛的软磁材料,主要用于制造发电机和电动机。因为大型电机铁芯中铜损所占的比例很小并且冷却困难,所以提高大型电机效率的主要措施就是采用低铁损的高牌号无取向硅钢作为电机铁芯[1,2]。我国国内部分大型矿床中均含有稀土及铌元素[3],经过选矿、烧结、炼铁、炼钢等工序后,仍有部分铌及稀土存在于钢中。研究表明,稀土及铌在钢中有一定的固溶量,可达10-5~10-4数量级,起微合金化作用,微合金化能够影响材料的再结晶行为从而改善材料的性能,对材料的工业生产产生一定影响[4]。稀土及铌微合金化在低合金钢、合金结构钢、耐磨材料中已经有广泛应用[5~12],但在高牌号无取向硅钢生产中的影响机理研究较少。本文通过分析稀土及铌微合金化Fe-3%Si无取向硅钢高温变形应力-应变曲线,研究稀土及铌微合金化Fe-3%Si无取向硅钢热变形行为,为稀土及铌微合金化高牌号无取向硅钢的工业生产产生一...&
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0引言空冷中碳含钒微合金化(MA)铁素体-珠光体锻造钢已很大范围的使用在汽车构件上,最大拉伸强度达到1 100 MP,可代替传统的淬火和回火(QT)钢,特别在西欧、美国和日本采用这种钢,自从1970年中期从德国引进第一级别(49MnVS3)钢开始。与QT合金级别的钢相比较最大的优点是节省成本,因为取消了锻造件热处理,矫直和应力消除,减少变形,改进切削性,比较好的一致性能和低的材料成本,高的生产率是应用这些钢的驱动力。通过适当的合金设计和工艺,钒微合金化锻造钢达到了和QT钢相等的强度水平,在同样硬度水平下含钒微合金化锻造钢抗疲劳性和QT钢相当[1-3]。然而,同样强度水平下的韧性不如QT钢,但是,可以足够应用,如连接杆和曲轴,这些遭受循环疲劳载荷而不影响在使用的载荷构件[2,4]。然而,在引擎和暂停系统安全关键性构件中,一种较高水平的韧性有时是希望考虑的。微合金化锻造钢通过析出强化达到希望的高强度。因为奥氏体中的钒有高的溶解度,在...&
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1徽合金化元素的应用前景还可以防止有害相析出,改善热塑性、回火脆性及偏析。 工模具钢中,用微合金化改善偏析,改善沉淀相的热稳定性,改善热塑性,调整性能匹配,正日益受到重视。 不锈钢中,微合金化的应用更为广泛,不仅仅是细化晶粒,而且防止有害相析出、调整相变温度,改善热强性、耐蚀性、焊接性、抗氧化性、中低温热加工性能等。 可以说,对微合金化的应用和认识,代表工厂的工艺水平,也体现工厂的品种创新、技术创新水平。 常用的微合金元素有:Ti、Nb、v、Zr、B、N、eu、AI、取、ea、Mg、Ba、Mo、w等。效其段手化渤氏化手强化的强效它有其最及是化化强细变粒相晶立于 高 果 达到晶粒细化的关键是碳化物、氮化物沉淀质点的尺寸控制。一般要求,质点尺寸比晶粒尺寸小二个量级,过细与过粗都难以钉扎住晶界的迁移。当要求晶粒度为10级时,第二相质点应小于是200从晶粒度达成13级时,第二相质点应小于8吐,这已经接近晶格尺寸。 在晶粒细化的同时,第二...&
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铌钒复合微合金化400MPa级钢筋的研制与生产
王学忠，李成军，张万庆
（济南钢铁集团总公司 技术中心，山东 济南 250101）
摘　要：介绍了采用铌钒复合微合金化技术研制开发HRB400钢筋的工艺和产品性能，分析了冶炼、轧制工艺及合金元素对钢筋性能的影响规律，并应用回归分析方法确定了铌、钒元素对性能影响的经验公式，对开发铌钒微合金钢具有很好的指导意义。实践证明，采用铌钒复合技术生产HRB400钢筋，不仅其机械性能良好，而且具有低成本优势。
关键词：铌钒复合微合金化；400MPa级钢筋；产品开发；力学性能；低成本
中图分类号：TG335.6+4；TG142.41　　
文献标识码：A　　
文章编号：（2-03
Development and Production of Nb/V Microalloyed 400MPa Grade Rebar
WANG Xue-zhong, LI Cheng-Jun, ZHANG Wan-Qing
（The Technology Center of Jinan Iron and Steel Group General Company, Jinan 250101, China）
Abstract：The process and properties of HRB400 developed with Nb /V microalloying technology are introduced, and smelting and rolling process and infection rules of alloying elements on the properties. The empiric formula of the effect of Nb/V on properties is determined by regression analysis method, which is of well instructive for developing Nb/V microalloyed steel. The practices prove that Nb/V microalloyed HRB400 rebar not only has well mechanical properties but has the advantage of low cost also.
Key words：Nb/V 400MP m low cost
　　从2002年4月开始，国家建设部把400MPa级钢筋纳入GB《混凝土结构设计规范》，并在《规范》中明确提出HRB400钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。新《规范》的实施，加快了HRB400钢筋的推广应用，促进了冶金企业高强度钢筋的研制生产力度。
　　生产HRB400钢筋采用的主要工艺技术为：（1）V、Nb、Ti、VN微合金化技术；（2）细晶轧制技术；（3）穿水轧制技术。从目前应用的工艺技术看，微合金化技术，是冶金企业生产HRB400钢筋的首选技术。该技术不需对生产工艺制度做任何改动就可组织生产。根据合金的市场价格，Nb合金技术生产成本较低，但应用以来，在连铸生产过程中连续发生铸坯表面横裂纹和矫直前后漏钢事故，成品钢筋剪切后弧形弯曲度超标，直接影响连铸和轧钢的正常生产，为此，济南钢铁集团总公司（简称济钢）研制铌钒复合微合金化HRB400钢筋，并成功纳入正常生产。
　　试验工艺路线：优质铁水（废钢）→LD转炉冶炼→钢包微合金化→钢水炉外处理（底吹氩、调温）→方坯连铸→保温车热装热送→方坯热装加热→控制加热时间、温度→控温连续轧制→钢筋成品。
　　试验冶炼、轧制钢种20MnSiNb，执行标准GB，试验钢筋牌号HRB400，规格直径φ12～φ32mm，微合金化采用铌钒复合技术。熔炼成分、力学性能设计参数见表1。
熔炼成分、力学性能设计参数
熔炼成分/％
0.18～0.25
0.30～0.70
1.30～1.60
0.010～0.030
0.012～0.040
　　终点温度℃，终点碳含量大于0.10％。合金加入量按钢筋的生产规格，铌铁加入量0.2～0.5kg/t，钒铁0.2～0.4kg/t，硅锰铁、高碳锰铁、硅铁按常规配加。出钢后钢水进行炉外底吹氩处理，吹氩时间大于5min。吹氩后温度℃。连铸中间包温度℃，连铸拉速2.8～3.2m/min。二冷配水采用弱配水制度，矫直温度900～950℃。
　　铸坯采用热装热送，热送温度大于600℃，热装温度550℃，加热时间45～75min，加热温度℃，开轧温度℃，终轧温度小于850℃。按钢筋的生产规格，采用双切分和常规轧制。小规格直径φ12～φ20mm钢筋采用双切分轧制，大规格直径φ22～φ32mm钢筋按常规轧制。成品轧制速度10～17.5m/min。
试验及生产
　　按设计方案进行研制试验和批量生产，首先做具有代表性钢筋规格的试验，分析研究添加微量Nb、V元素后钢筋力学性能提高幅度，进一步优化成分设计，制定最佳化学成分和生产工艺方案。
　　于日、20日进行两次试验，冶炼、轧制直径φ16、φ25mm钢筋各5炉批，熔炼化学成分符合设计目标，力学性能指标达到设计和标准要求，试验合格率100％，试验结果见表2。
表2& 试验结果统计
　　从表2试验结果分析，化学成分按设计要求的中限配加，力学性能指标达到标准的中上限，而且有较大富余量，充分说明成分的设计合理可行。
批量生产结果
　　根据试验结果，于2006年1月按设计方案进行批量生产，目前已累计冶炼HRB400钢筋用钢717炉，生产合格钢35483t，熔炼成分，铸坯表面质量合格率100％。分别轧制φ14、φ16、φ22、φ25、φ28、φ32mmHRB400钢筋822批，对成品成分、力学性能、外形尺寸、外形形状等进行检验。
按轧制规格对熔炼成分做统计分析，结果见表3。由表3可知，化学元素含量在设计范围，熔炼成分合格率100％。
表3& 批量生产HRB400钢筋熔炼成分统计
0.008~0.027
0.016~0.026
0.010~0.022
0.018~0.025
0.010~0.023
0.015~0.025
0.008~0.028
0.016~0.031
0.009~0.016
0.021~0.024
0.009~0.017
0.021~0.023
力学性能检验分析结果见图1、图2。由图1分析结果可以看出，屈服强度在410～490MPa范围，平均值448MPa，直方图呈正态分布，说明生产工序在管理控制状态。抗拉强度在580～690MPa，平均629MPa，直方图呈平顶型正态分布，分析认为与数据分组有关，图形证明生产工序在管理控制状态。批量轧制生产的822批钢筋，实物力学性能、外形尺寸、外形形状、质量指标检验，综合合格率100％,实际成材率达到97.8％。
（a）屈服强度直方图&
（b）抗拉强度直方图
图１　生产HRB400钢筋力学性能
取熔炼成分与力学性能数据430组做回归分析，得出以下关系式：
　　σs=383.4+44.9C+34.9Si-24.9Mn+77.5Nb　　（1）
　　σb=530.5+94.5C+13.8Si+5.50Mn+273.3V+2913.9Nb 　　（2）
　　从屈服强度σs、抗拉强度σb相关式（1）、（2）看出，钢中添加Nb元素后，屈服强度、抗拉强度明显提高。分析认为，Nb对力学性能的贡献明显比V元素高，这与元素的冶金特性基本吻合。
生产工序分析
终点C含量在0.07%～0.13％，平均C含量0.095％。C含量集中在0.08%～0.12％，该范围数据占总量的91.54％，C含量不小于0.10％的有338炉，占总量的47.18％，C含量不小于0.12％的只有35炉，占4.93％。分析认为，大批量生产铌钒复合HRB400钢筋，终点C含量控制偏低，与设计目标值C含量不小于0.10％差距较大，应引起高度重视。提高终点C含量可有效减少钢中含氧量，降低钢水氧化性，也是提高合金元素回收率的重要措施。
Nb、V回收率
对V、Nb加入量严格按设计要求配加，使V、Nb回收率明显提高。按实际吨钢加入量计算，Nb元素回收率94.68%，V元素回收率96.88%。
吹氩后温度1578℃，比吹氩前降低29℃，温降为6℃/min。既符合设计参数目标值，也符合连铸工艺对大包钢水温度的要求。
拉钢过程中间包温度平均为1525℃，平均拉速3.12m/min。试验时发生4次拉矫直机漏钢事故，分析原因主要是矫直温度低，由于矫直外力作用，在钢坯振痕处矫裂，造成裂纹漏钢。为解决这一问题，把矫直温度由880℃调整为950℃以上，实践证明，连续拉钢717炉未发生漏钢事故，铸坯表面未发生裂纹缺陷，表面质量合格率100％。
成品轧制速度
φ12～φ20mm钢筋采用双切分轧制，φ22～φ32mm钢筋采用常规不切分轧制。成品轧制速度按规格严格控制，不同的轧制规格采用不同的轧制速度，φ12～φ14mm轧制速度17.5m/s，φ16～φ20mm轧制速度14～15m/s，φ22、φ25mm轧制速度17.5m/s，φ28、φ32mm轧制速度12m/s。
成品钢筋上冷床温度小于950℃，在自然冷却10～15min后进行定尺剪切，定尺率99.37％。剪切温度小于320℃，解决了剪切后的钢筋弯曲现象。分析认为，采用铌钒复合技术，改善了钢筋相变温度参数，钢筋剪切不再发生弧形弯曲。
　　采用低铌钒复合铌微合金化技术，解决了铌微合金化连铸过程中漏钢和铸坯表面裂纹的问题。达到了生产成本最小化，合金生产成本比传统钒铁微合金化工艺降低197.5元/t。回归分析关系式对于铌钒复合HRB400钢筋的生产具有很好的指导意义。Nb含量每增加0.01％可提高屈服强度28.77MPa，抗拉强度29.13MPa，Nb、V合金元素对抗拉强度的影响大于对屈服强度的影响，并且Nb更有利于综合性能。严格控制转炉操作制度，提高终点C含量可有效减少钢中含氧量，降低钢水氧化性，通过合理的V、Nb加入制度，使V、Nb回收率明显提高。按钢筋的生产规格调整钒铁、铌铁的加入量，小规格钢筋铌钒加入量按成分下限配加，大规格钢筋按上限配加。
　　铌钒复合微合金化试验生产HRB400钢筋的成功，说明成分和工艺制度设计合理可行，再用于指导生产具有现实意义。全部金属材料各章节习题与思考题(全部)_百度文库
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合金化热镀锌钢板
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