铌在钢筋生产中的应用

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1、铌在钢筋生产中的应用1.当代中国的钢筋1.1概况钢筋混凝土结构用钢筋共有七大类:即热轧钢筋,冷拉钢筋,冷拔低碳钢丝,冷变形钢丝,碳素钢丝,钢绞线.应用钢丝的品种计19种.各类钢筋年用量总计2000万吨以上.这个数还在逐年增加.目前,20MnSiⅡ级钢筋占钢筋总量90%以上,成为钢筋生产的主导产品.予应力钢筋主要使用冷拉40Si2MnVⅣ级钢筋和冷拉Ⅱ级钢筋.予应力钢筋的种类,品种严重滞后于客观需要.概括起来说,钢筋的强度级别总体为310MPa.同国际上大量使用400MPa级占70-80%的钢筋差一个级别.1.2质量问题以及影响质量的主要因素迄

2、今为止,我国钢筋系列是以CMnSi强化分级而建立的.由于珠光体的原因,以C为主导的强化机制系列钢筋(包括热轧,冷轧)由于强度的发展,出现了严重的强度与延性失调,主要表现为韧性指标低下,抗应变时效性能差,其次是施工现场的工艺性能:焊接,冷弯,调直等性能差.第三是冷加工钢筋的延性差.上述质量问题表现在各类钢筋中为强度与延性不匹配,材料缺口敏感性强,抗应变时效性差,加工硬化率大,加工软化等.从现代钢铁材料学考查,我国钢筋性能不稳,韧性差的主要原因是钢中自由氮Nt和晶粒度.我国的冶金设备较为落后,对这两个因素控制不住或无力控制.这是两个由冶金装备所决

3、定的物理冶金因素.影响低炭铁素体·珠光体钢的主要因素以及冶金控制,集中表现在如下两个经验公式σY=15.4(3.5+2.1Mn+5.4Si+23Nf1/2+1.13d-1/2)(1)Tc(℃)=-19+44Si+700Nf1/2+2.2珠光体-11.5d-1/2(2)晶粒度d=mm,元素为百分含量,Tc为韧脆转变温度.清楚的显示了自由氮Nf和晶粒度的d-1/2对钢的强韧性的影响.这两个十分敏感的因素控制着强度与韧性.这个因素不稳定就是材质低劣的表现.重要的结论:细化晶粒是提高强度,同时又是提高韧性(降低韧脆转变温度)的主要方法.作为细化晶粒的

4、控制轧制和微合金化技术是有效的.1.3与国际标准差距第一,我国钢筋生产对自由氮含量缺乏有效控制措施.一般说转炉钢的自由氮含量在40-80ppm而且化学成分中没有足够数量的固定氮元素.自由氮[Nt]对钢筋的应变时效性能,钢的韧脆转变温度以及钢筋的冷弯,调直,焊接等均产生很坏的影响.第二,晶粒度不均匀.我国钢筋生产缺少细化晶粒措施.一般老式轧机难以实现控制轧制;而微合金化技术既不普及也不发达.第三,国际上高强度级别(500MPa)一般用低炭微合金化钢,以细化晶粒和沉淀强化为强韧化机制生产的.这样的钢筋强度高,韧性好,焊接性能好.我国用中碳合金钢生

5、产500MPa级钢筋韧性,可焊性很差.和国际相比相差甚远.2.铌在钢筋中的应用按国际标准ISO6935-2:1991,400MPa级热轧钢筋是典型的高强韧性长条产品之一.除了常规力学性能达到标准外,还具有以下特点:①钢筋抗应变时效,抗震性能好;可以满足建筑物持久性的安全.②钢筋的调直,冷弯,焊接等工艺性能好,可以满足施工现场的需要.用20MnSiNb,按新标准GB1499-98组织生产可以达到国际标准.钢中加Nb一举三得:细化晶粒,沉淀强化,固定氮消除自由氮,改善韧性,消除应变时效,满足建筑物的持久安全性要求.钢筋无应变时效现象,抗震,强度高

6、,韧性好.在钢筋生产中铌的三种作用,必须得到充分发挥和应用.铌的细化晶粒和沉淀强化已是公认的,并众所周知的了.铌的固定氮作用简述如下:铌是强碳氮化合物形成元素之一,它的形成倾向高于NbC.所以一般认为常以Nb(CN)形式存在.铌的碳氮化物在低碳钢中的析出规律可以用欧文公式描述.利用这个公式可以计算在不同温度下"可溶铌"和"沉淀铌"在钢中的分配,从而可以估计,细化奥氏体晶粒和沉淀强化的两个分量,以及钢中自由氮的情况.lg(Nb)(C+12/14N)=2.26-6770/T欧文公式(3)(Nb)(C+12/14N)的溶度积的对数与绝对温度成直线关

7、系.根据钢中氮含量,可以预测定氮程度.我国转炉钢氮含量在40-88ppm不等.高温析出的碳,氮化铌有阻碍原始奥氏体晶粒长大作用,热加工过程中有阻碍变形奥氏体再结晶,固溶铌拖拽晶界移动,抑制γ-α转变,降低转变点,在相变时或相变后析出的Nb(CN)对铁素体有强烈的沉淀强化作用.它的作用效果两倍于VN,这是由于晶格参数不同[NbC=0.447nmVN=0.415nm]而引起铁素体基体应变量不同所致.NbC,Nb(CN)强化作用大.另一作用就是铌形成碳氮化物结果是固定了钢中自由氮,由此消除了游离氮在钢中的损害韧性作用.由于铌的碳氮化物的作用不同,把

8、高温区段分成固溶温度区,再结晶温度区,非再结晶温度区,γ-α相变以及沉淀强化区.这样分便于生产钢筋的控制工艺的制定.充分利用铌在不同温度段的物理冶金作用,是生产优质