微合金元素对钢筋机械性能及影响

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1、微合金元素对钢筋机械性能的影响ShunichiHASHIMOTO1)MorifumiNAKAMURA2)摘要：钢筋是建筑用重要材料之一，其强度水平已高达345、390、490等级别。为获得高强度钢筋，已成功运用了V微合金化工艺，而目前Nb微合金化工艺也已进行大量的尝试，但是，有关Nb微合金化钢的热轧和冷却条件对其机械性能的影响还未见报道。本文论述了再加热温度以及轧后冷却速度对0.25C-0.5Si-1.5Mn钢和0.25C-0.5Si-1.2Mn-0.05Nb(+0.05V)钢（质量百分数%）组织与性能影响的试验

2、结果。将0.05%Nb或0.05%Nb+0.05%V添加到0.25C-0.5Si-1.2Mn钢中能有效地提高其强度，尤其在较高的再加热温度下。该强化作用是沉淀强化和细晶强化的结果。轧后加速冷却至700℃能有效提高钢的强度和屈服延伸。关键词：棒材；钢筋；铌；钒；碳氮化物沉淀；晶粒细化。1前言可焊性钢筋是广泛应用于城市建筑的重要材料之一，为了满足对较轻自重产品的需要，即要求较低的碳当量来保证可焊性以及便宜的价格，采用诸如Nb,Ti,V微合金元素1－4）或采用加速冷却工艺即所谓“余热处理工艺”5）或称为添加微合金元素的

3、钢筋余热处理工艺6）来生产高强度可焊性钢筋。尽管V是最常用的元素，但V价格的波动使得钢筋市场发起以Nb代V的运动。文献1－4）所述Nb在钢筋中的应用表明添加Nb能有效提高屈服强度和抗拉强度，尤其在同时提高两种强度的效果上还更甚于V。但是工艺参数，比如再加热温度、轧后冷却速度等对钢筋机械性能的影响还未见报道。关于以下试验结果，即添加Nb以及再加热温度、轧后冷却速度等工艺参数对0.25C-0.5Si-1.2Mn-(0.05%Nb，0.05%Nb+0.05%V)钢显微组织和机械性能的影响，将在本文中进一步讨论。2试验方

4、案表1中的钢在空气中熔融后再浇铸，0NB是基础钢号，为0.25C11-0.5Si-1.2Mn，0.05%Nb和0.05%Nb+0.05%V被分别添加到基础钢号0NB中，被命名为5NB和5NV，其碳当量(Ceq)大约为0.56。表1钢化学成分（质量百分比%）CSiMnPSAlNbVNCeq0NB0.2490.471.190.0230.0020.0400.00650.5545NB0.2480.511.220.0240.0020.0420.0510.00790.5655NV0.2440.511.260.0260.003

5、0.0360.0500.0450.00710.569Ceq=C(%)+Si(%)/7+Mn(%)/5+Cr(%)/9铸坯热锻成50t×40wmm后再加热，然后在实验室轧机上经两道次热轧至10mm厚，每道次压缩比约为50%。本试验中采用板状试件进行轧制。控制微合金钢机械性能最重要的工艺参数是再加热温度，其影响Nb固溶体含量和奥氏体晶粒尺寸。如图1(a)所示，RT（再加热温度）在1050℃～1250℃范围内考察其影响，钢在每种再加热温度下都保温30min。为保证试验的精度，通过第二道次的入口温度来控制终轧温度，第二道

6、次入口温度与过程温度几乎一致，为900℃。轧后热轧板试件空冷至室温，轧后加速冷却是控制显微组织的一个重要参数，在900℃～700℃范围内通过改变水雾浓度使冷却速度由40℃/S降至20℃/S来考察其影响，而空冷速度为0.8℃/S用于比较。图1(b)给出了热轧和冷却条件。图1考察(a)RT（再加热温度）和(b)在900、700℃之间CR（冷却速度）影响的热轧工序示意图水淬试样应能观察到原始奥氏体晶粒，该方法应能对每个试样截面进行分析、解释。应根据JIS14A在轧后10天内进行拉伸试验，试样直径、标距长度分别为8mm和

7、50mm，拉伸速度为5mm/min。轧后56天的试样进行拉伸试验以检验其时效影响。采用硝酸酒精浸蚀或硝酸溶液(2%HNO311)浸蚀，在光学显微镜下观察成品的显微组织以及原始奥氏体晶粒。3结果3.1RT（再加热温度）的影响图2给出微合金元素、RT（再加热温度）对LYP（下屈服强度）和TS（抗拉强度）的影响。5NB钢随再加热温度的增加其下屈服强度由1050℃或1150℃下的440Mpa提高到1250℃下的485Mpa；5NV钢比5NB钢的下屈服强度高约30～60Mpa，下屈服强度由1050℃下的470Mpa提高到1

8、250℃下的535Mpa。另一方面，0NB钢的下屈服强度随再加热温度的升高而下降约10Mpa。0NB钢和5NB钢在较低再加热温度下其下屈服强度相差20Mpa，在1250℃下相差75Mpa。0NB钢和0NV钢在较低再加热温度下其下屈服强度相差50Mpa，在1250℃下相差130Mpa。而抗拉强度也显示出与下屈服强度相似的特点，随再加热温度由1050℃升高到1250℃，5NB