铌在舞钢建筑结构用宽厚钢板中的应用

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1、铌在舞钢建筑结构用宽厚钢板中的应用 1前言宽厚钢板作为造船、桥梁、管线等行业的主要钢材早在多年以前就被人们认识和了解，近年来又被普遍用于建筑结构、电站锅炉、海洋平台、工程机械和石油化工等特殊领域，以高强度、高韧性、低屈强比、抗层状撕裂、高耐磨性、耐候性等优势被世人认可。尤其是含Nb钢为代表的微合金技术和TMCP轧制工艺的广泛使用，使宽厚钢板的适用性更强，应用范围更广。多年来，舞钢利用铌微合金化技术，开发生产了一大批高技术含量、高附加值产品，其中屈服强度235～460MPa系列建筑结构用宽厚板，具有其它钢级和品种无法可比的优

2、越性，在北京奥运场馆建设中得到广泛应用。2 舞钢含Nb钢和微合金化现状2.1舞钢含Nb钢品种和产能舞钢积极采用铌微合金化技术，利用铌显著的细化晶粒、推迟再结晶、降低铁素体韧脆转变温度和析出强化的作用，开发生产了大量性能优越、用途重要的宽厚钢板，典型产品有: 采用TMCP工艺生产“西气东输”用针状铁素体X70管线钢，采用非调质工艺生产 “西电东送”压力钢管用CF型低碳贝氏体钢，采用调质工艺生产屈服强度590～960MPa级工程机械用超高强度钢，采用Nb-Ti复合技术生产的S355N、A709 HPS485W新型桥梁钢和BB5

3、03、BB41BF高炉炉壳用钢，采用Nb-V复合强化生产的屈服强度390～460MPa级建筑结构用钢和其它低合金高强度钢等。采用铌微合金化技术丰富了舞钢的宽厚板产品种类,也显著提高了舞钢产品的实物质量和市场竞争能力。舞钢铌微合金化品种主要有桥梁及港口机械用钢、造船及海洋平台用钢、高层建筑用钢、工程机械用钢、管线钢、锅炉及容器用钢、高炉炉壳用钢、低合金高强度钢、压力钢管用钢、抗层状撕裂钢等（见图1、图2）。从2005年元月到2008年8月共生产含Nb钢245万t，占舞钢宽厚板总产量599万t的40.86%，2005年、200

4、6年、2007年、2008年1～8月分别消费Fe-Nb 266t、270t、374t、388t，2005年至今吨钢消费Nb铁0.216kg，其中含铌钢吨钢耗Nb铁0.53 kg，在国内处于领先水平。2.2舞钢低合金钢中微合金化的分类舞钢铌微合金化采用铌、铌钒复合、铌钛复合、铌钒钛复合4种形式。铌是最重要的微合金化元素，单加铌是抗拉强度500MPa级控轧钢的首选，由于Nb(C,N)析出相作用，原奥氏体晶粒会更细小，从而导致更细小的再结晶晶粒的形成，获得高强度和高韧性的理想结合。铌钛复合能够最大限度地发挥铌的作用，同时Ti形成

5、高温下稳定的氮化物，可在热加工前的再加热过程以及焊缝中，尤其是紧靠焊缝熔融边界的热影响区(HAZ)中，抑制奥氏体的晶粒长大，从而改善焊接HAZ的韧性，适应大焊接热输入工艺的需要。另外，由于形成的TiN消除了钢中的自由N，对钢的时效性能的提高也是很有益的，此时铌以碳化物的形式存在，而不形成碳氮化物，在同样的加热温度下可以溶解更多的铌，提高了铌的作用，并改善了连铸坯的表面质量。铌钒复合通常应用于正火型低合金高强度钢和TMCP工艺生产屈服强度390～500MPa级别的板材，因为正火型厚板单加Nb难以达到所要求的强度，需要添加少量

6、的钒，其韧性主要由Nb的含量和TMCP工艺所决定，V对强度的贡献是通过V(C,N)的析出强化实现的，且对韧性没有造成明显的破坏。采用铌钒钛复合再加入适量Cu、Ni和Mo合金化的方法，可以在不损失韧性的条件下达到更高强度级别，例如低碳贝氏体钢和针状铁素体钢，添加铌能增强钢的淬透性，这对利用ACC提高强度很有好处。舞钢结合自身条件优化了加热、轧制、冷却等工艺参数，确保了铌微合金化功能优势的发挥，使其在细化组织、提高强度、韧性、焊接性能及特殊应用性能方面起到至关重要的作用。舞钢低合金钢中微合金化的分类情况如下表所示。原创表1建筑

7、结构用TMCP或正火高强钢熔炼化学成分3舞钢建筑结构用钢板的开发3.1建筑结构用钢板的发展趋势钢结构正在成为现代建筑的结构主体，代表了今后一个时期建筑结构发展的趋势，特别是高层重型钢结构和空间大跨度钢结构基于安全性、经济性、造型美观和空间利用效率等方面的考虑，对建筑结构用钢提出了高强度、高韧性、低屈强比、大线能量焊接、耐火、耐候性等多样化的性能要求。此领域也是以Nb为代表的微合金元素在钢中细化晶粒作用得到充分发挥的重点品种。(1)高强度、高韧性近年来，由于重型、高层、大跨度空间结构和非对称结构的发展，结构的承载重量越来越大

8、，为减薄结构厚度和质量，降低焊接成本，屈服强度390MPa、420MPa、460MPa的高强度钢板在建筑结构中得到大量应用。“鸟巢”使用了厚度110mm的Q460E/Z35钢板，“水立方”应用了Q420C/Z15钢板，中央电视台新台址应用了数万吨最大厚度到135mm的Q390D/Z35、Q420D/Z3